JP2002525590A - Support for analyte determination and method for producing the support - Google Patents

Support for analyte determination and method for producing the support

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JP2002525590A
JP2002525590A JP2000571081A JP2000571081A JP2002525590A JP 2002525590 A JP2002525590 A JP 2002525590A JP 2000571081 A JP2000571081 A JP 2000571081A JP 2000571081 A JP2000571081 A JP 2000571081A JP 2002525590 A JP2002525590 A JP 2002525590A
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エフ シュテーラー コルト
エフ シュテーラー ペール
ミュラー マンフレート
シュテーラー フリッツ
リントナー ハンス
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フェビット フェラリウス バイオテクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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Abstract

An electronically-controlled light source matrix (3), preferably a liquid crystal display (LCD) matrix, is faced by a light sensor matrix (9), preferably a charge coupled display (CCD) image sensor. This detects optical behavior of a substance (7) sandwiched between them. Preferred Features: In a related concept, an LCD matrix produces two-dimensional lighting patterns in manufacturing or examination.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 1 本発明の利用分野 1.1 背景 生物科学における基礎研究および医学的診断ならびに幾つかの別の学科のため
に、規定の検査材料において生物学的な関連分子を正確に検出することは突出し
た意義を有する。その際、遺伝情報は種々のDNAの核酸配列の莫大な多様性の
形で存在する。この情報の具体化はDNAのRNAでのコピーの製造を介して、
主にタンパク質が合成される。タンパク質としてこれらはしばしば生化学的反応
に関与する。
1. Field of application of the invention 1.1 Background Accurate detection of biologically relevant molecules in defined test materials for basic research and medical diagnostics in biological sciences and some other disciplines. Has prominent significance. Here, the genetic information exists in the form of an enormous variety of nucleic acid sequences of various DNAs. The embodiment of this information, through the production of copies of DNA in RNA,
Mainly protein is synthesized. As proteins they are often involved in biochemical reactions.

【0002】 規定の核酸の検出および配列決定と呼称されるヌクレオチド鎖中の4つの塩基
の順序の決定は研究および使用される医学のための有用なデータを提供する。医
学においては一段と大量にインビトロ診断(IVD)によって、重要な患者のパ
ラメータを決定するための計器を開発し、かつ取り扱う医者に提供することがで
きる。多くの疾患についてはこれらの機器が無くては十分に早期の時点までの診
断は不可能である。現在では遺伝子分析は重要な新規の方法として、例えばHI
VおよびHBVのような感染症、一定の癌または別の疾患に関する遺伝的素因、
法医学および多数の他の利用分野のために確立されている。基礎研究および臨床
研究の緊密な関連において、幾つかの病型の分子的原因および(病理学的)関連
は遺伝情報のレベルにまで遡って解明されることがある。だが開発は始まったば
かりであり、現在まさに治療戦略への転換のために非常に徹底的な努力が必要で
ある。全体的にゲノム科学およびこれに追随する核酸分析は生命の分子的基礎の
理解にも非常に複雑な病型および病理学的プロセスにも多大に貢献する。
[0002] The determination of the order of four bases in a nucleotide chain, referred to as the detection and sequencing of defined nucleic acids, provides useful data for the medicine being studied and used. In medicine, much more in vitro diagnostics (IVD) can be used to develop and provide instruments for determining important patient parameters to physicians. For many diseases, diagnosis is not possible to a sufficiently early point without these devices. At present genetic analysis is an important new method, for example HI
Genetic predisposition for infectious diseases such as V and HBV, certain cancers or another disease;
It has been established for forensics and numerous other applications. In the close association of basic and clinical research, the molecular causes and (pathological) associations of some forms may be traced back to the level of genetic information. But development has only just begun and very thorough efforts are needed right now to switch to treatment strategies. Overall, genomics and the subsequent analysis of nucleic acids make a great contribution to understanding the molecular basis of life as well as to very complex pathological and pathological processes.

【0003】 医薬供給における他の開発は相応の高価な方法に追随するコストの急増によっ
て負担がかかる。ここでは診断的および治療的な使用可能性を実現することを押
し進めるだけでなく、出資に耐えうる医療システムへの統合を促進させるべきで
ある。
[0003] Other developments in the drug supply are burdened by the exponential increase in costs following the correspondingly expensive methods. This should not only drive the realization of diagnostic and therapeutic feasibility, but also promote its integration into affordable medical systems.

【0004】 研究における相応の技術の使用は、追随するコストが低減された場合にのみ広
範囲で、また大学の範囲において同様に行うことができる。
[0004] The use of appropriate technology in research can only be done extensively, and only in universities, if the costs involved are reduced.

【0005】 1.2 需要 ゲノム科学およびタンパク質科学の進展ならびに遺伝的素質全体の決定はまだ
開発の始まりにあり、同様に遺伝子分析もしくは遺伝子工学分析の診断可能性の
実現段階である。今まで確立されていた方法は主に作業コストがかかり、かつ比
較的効率が悪く、例えば情報獲得のコストおよび能力に表れている。重大な革新
は、いわゆるオリゴヌクレオチド−アレイの開発であり、該アレイには定義され
た配列の非常に多量の相対的に短いオリゴヌクレオチドが固体マトリクス(主に
シリコン)上にカップリングされており、かつそれによって検査素材中での相補
的な配列の並行的なハイブリダイゼーションのために提供される。しかしながら
高価な製造および高い価格は現時点ではマスプロダクトとしての市販ができない
1.2 Demand [0005] Advances in genomics and protein sciences and the determination of overall genetic disposition are still at the beginning of development and are also at the stage of realizing the diagnostic potential of genetic or genetic engineering analysis. The methods established up to now are mainly costly to work and relatively inefficient, as reflected in, for example, the cost and ability to acquire information. A significant innovation is the development of so-called oligonucleotide arrays, in which a very large number of relatively short oligonucleotides of a defined sequence are coupled onto a solid matrix (mainly silicon), And thereby provide for parallel hybridization of complementary sequences in the test material. However, expensive manufacturing and high prices cannot be marketed as mass products at this time.

【0006】 1.3 利用分野 インビトロ診断および臨床的診断のために相当割安な系によって、例えば感染
症(HIV、HBV等)およびそのサブタイプのため、腫瘍学(腫瘍早期発見、
腫瘍分類、例えば種類および状態)のため、および遺伝的素因の決定のために、
繰り返しの使用を可能にするべきである。
1.3 Fields of Use Oncology systems are relatively inexpensive for in vitro and clinical diagnosis, for example for infectious diseases (HIV, HBV, etc.) and their subtypes, oncology (early tumor detection,
For tumor classification, eg, type and condition) and for determination of genetic predisposition,
Should allow for repeated use.

【0007】 生物学的な基礎研究、特に遺伝学のために、調査される系、例えば全ての試験
遺伝子における非常に多くの測定点の包括が望ましい。これから多大な知識獲得
が生物学的な基礎研究(発生生物学、幹細胞培養、組織工学、移植医学、再生)
にもたらされ、また該研究によって生物医学における重要な突破口および相応の
使用にも導かれる。
[0007] For basic biological studies, in particular genetics, it is desirable to include a very large number of measuring points in the system under investigation, for example in all test genes. From now on, a great deal of knowledge will be acquired in biological basic research (development biology, stem cell culture, tissue engineering, transplantation medicine, regeneration)
And the study also leads to important breakthroughs and corresponding uses in biomedicine.

【0008】 DNAチップの使用に関して示されているように(サイエンス 280:10
77−1082)、塩基順序における点突然変異間のハイブリダイゼーションの
相応する生化学的な限定条件とは区別されることがある。更に本明細書に記載し
ている系に関しては、法的目的、例えば犯罪者の証拠提出または親族関係の証明
のために使用できる広範囲に当てはまるスクリーニングを可能にする。
As indicated for the use of DNA chips (Science 280: 10
77-1082), which may be distinguished from the corresponding biochemical limitations of hybridization between point mutations in base order. Further, with respect to the systems described herein, it allows for a wide range of screenings that can be used for legal purposes, such as criminal evidence or proof of kinship.

【0009】 また本発明によって食料の迅速な費用有効的な分析は、例えば病原菌または遺
伝子変化した生物の規定の遺伝子の存在に基づいて可能である。
[0009] Also according to the invention, a fast and cost-effective analysis of foodstuffs is possible, for example, based on the presence of defined genes of pathogenic bacteria or genetically altered organisms.

【0010】 同様に医学的な製品のスクリーニングは非常に意義がある。例えば血液製剤の
製造は依然として純度への安全予防措置のための高い出費と結びつけられている
。このような試料の時間効果的および費用効果的なスクリーニングは本発明によ
り可能であり、例えば感染性の物質(HIV、HBV、HCV等)によるコンタ
ミネーションを予防する。
[0010] Similarly, screening for medical products is very significant. For example, the production of blood products is still associated with high expenses for safety precautions to purity. Time- and cost-effective screening of such samples is possible according to the invention, for example to prevent contamination by infectious substances (HIV, HBV, HCV, etc.).

【0011】 2. 従来の技術 バイオチップは生物学的および工業的な成分、例えば支持体の表面上に固定化
された、特異的な相互作用のパートナーとして使用できるバイオマテリアル(例
えばDNA−オリゴヌクレオチド)ならびにシリコンマトリクスを有する小型化
されたハイブリッド機能エレメントである。主にこれらの機能エレメントは縦横
に配置され、これはバイオチップアレイと呼ばれる。何千もの生化学的な機能エ
レメントがバイオチップ上に配置されうるのならば、これらは顕微技術的方法で
製造せねばならない。
[0011] 2. BACKGROUND OF THE INVENTION Biochips comprise biological and industrial components, such as biomaterials (e.g., DNA-oligonucleotides) and silicon matrices that can be used as specific interaction partners immobilized on the surface of a support. It is a miniaturized hybrid functional element having the same. Primarily, these functional elements are arranged vertically and horizontally, which is called a biochip array. If thousands of biochemical functional elements can be arranged on a biochip, they must be manufactured by microtechnological methods.

【0012】 とりわけ、米国においては小型化されたバイオチップの開発は多くの方法によ
って進められている。この環境で活動している最も重要な会社を以下に一覧する
: アフィメトリックス、ベックマンインストゥルメント、ブルーチップバイオシス
テムズ、カリパーテクノロジーズ、クラ−ゲン、ゲノメトリクス、ジーントレー
ルシステムズ、ハイセク、インサイトファーマシューティカルズ、モレキュラー
ツール、ナノゲン、ファルマシア、シンテナイ、サードウェーブテクノロジーズ
、ヴァイシス。
In particular, in the United States, the development of miniaturized biochips has been advanced by many methods. The most important companies operating in this environment are listed below: Affymetrix, Beckman Instruments, Bluechip Biosystems, Caliper Technologies, Klagen, Genometrix, Gentrail Systems, Hysek, Insight Pharmaceuticals Callus, Molecular Tools, Nanogen, Pharmacia, Syntenai, Third Wave Technologies, Weissis.

【0013】 従来知られているバイオチップは以下の基準によって分類されうる: * 検出原理 − クロマトグラフィー法 − 分析物と固相、主に固定化された相互作用パートナーとの相互作用(例 えばDNAオリゴヌクレオチドへの核酸のハイブリダイゼーション) * 検出法(光学的、電気的) * 標識に基づく検出法(例えば吸着、蛍光または発光)または標識を使用しな い検出法(反応の検出のための発光) * 分析物のその支持体(固相)への割り当て(支持体あたりに1つより多い固 定化された相互作用パートナーを有するアレイまたは支持体あたりに1つだけ の固定化された相互作用パートナーを有するシングル) * 製造方法(例えばオリゴヌクレオチドは直接バイオチップ上に光活性的に合 成され、完全に合成されたオリゴヌクレオチドを点在させたビーズまたはチュ ーブを被覆する) * 支持体の種類(ガラスチップ、プラスチックチップ、マイクロタイタープレ ート、チューブまたはビーズ) * 検出のための表示(シリアル、パラレル) * 光学的検出(スキャナーでシリアルにか、またはCCDカメラで並行に)。[0013] Biochips known in the art can be classified by the following criteria: * Principles of detection-Chromatographic methods-Interaction of analytes with solid phases, mainly immobilized interaction partners (eg DNA Hybridization of nucleic acids to oligonucleotides) * Detection methods (optical, electrical) * Label-based detection methods (eg, adsorption, fluorescence or luminescence) or label-free detection methods (luminescence for detection of reactions) * Assignment of analyte to its support (solid phase) (array with more than one immobilized interaction partner per support or only one immobilized interaction per support) Single (with partner) * Manufacturing method (eg, oligonucleotides are photoactively synthesized directly on biochips and fully synthesized oligonucleotides Covers beads or tubes interspersed with otide) * Type of support (glass chip, plastic chip, microtiter plate, tube or bead) * Display for detection (serial, parallel) * Optical Target detection (either serially with a scanner or in parallel with a CCD camera).

【0014】 前述の会社の中で、アフィメトリックスだけが、1つの平坦表面上でのDNA
アレイの“高密度”製造のためにホトリソグラフィーの原理を使用している。そ
のためこの会社は大差で先んじてオリゴ配列の検出の並行化を進めている。
Among the companies mentioned above, only Affymetrix is the DNA on one flat surface
It uses the principle of photolithography for "dense" production of arrays. For this reason, the company is leading the way in parallelizing the detection of oligo sequences by a large margin.

【0015】 GenChip(アフィメトリックス Inc、サンタクララ、カリフォルニア
) その製造はDNAオリゴヌクレオチドのインサイチュー合成によって平坦なチ
ップ上で高密度に実施される(’98年7月:1cm上に64000の種々の
オリゴ)。半導体工業で使用されかつ最適化されたホトリソグラフィーを基礎と
し、その際オリゴはチップ表面ならびに既に存在しているオリゴに光活性的に結
合する。製造時間は多数のプロセス工程に基づいて数時間である。検出は平坦な
チップのシリアルな光学的検出によって蛍光スキャナー中で実施する。試料のチ
ップ上へのハイブリダイゼーション時間は約1.5時間である。最初の製品(腫
瘍マーカーp53エキソン2〜11、乳癌遺伝子BRCA1エキソン11のため
の配列決定チップ、HIV遺伝子チップ)は既に市販されている。価格は目下の
ところ遺伝子チップに関しては数百ドルの範囲であるが、検出装置も必要である
GenChip (Affymetrix Inc, Santa Clara, Calif.) Its production is performed at high density on a flat chip by in situ synthesis of DNA oligonucleotides (July '98: 64000 different species per cm 2 ). Oligo). Based on photolithography used and optimized in the semiconductor industry, the oligos bind photoactively to the chip surface as well as to the already existing oligos. Manufacturing time is a few hours based on a number of process steps. Detection is performed in a fluorescence scanner by serial optical detection of a flat chip. The hybridization time of the sample on the chip is about 1.5 hours. The first products (tumor marker p53 exons 2-11, sequencing chip for breast cancer gene BRCA1 exon 11, HIV gene chip) are already commercially available. Prices are currently in the hundreds of dollars range for gene chips, but detection equipment is also required.

【0016】 更なる関連の先行技術はWO91/18276号、EP−A−0671626
号およびEP−A−0430248号である。
[0016] Further relevant prior art is WO 91/18276, EP-A-0671626.
And EP-A-0430248.

【0017】 3. 本発明の目的およびこれにより解決される課題 本発明の目的は分析物の測定のための支持体を製造するための請求項1記載の
方法であり、該方法は工程: (a)少なくとも1つの通路を有する支持体を準備する工程、 (b)ポリマーレセプタの合成のための構成成分を有する液体を支持体の1つ以 上の通路を導通させる工程 (c)レセプタ構成成分を1つ以上の通路の事前に規定された位置もしくは領域 のそれぞれに位置特異的および/または時間特異的に固定化する工程 (d)所望のレセプタが事前に規定された位置もしくは領域のそれぞれに合成さ れるまで工程(b)および工程(c)を繰り返す工程 を含む。
[0017] 3. Object of the invention and problems solved by it An object of the invention is a method according to claim 1 for producing a support for the determination of an analyte, the method comprising the steps of: Providing a support having passages; (b) conducting a liquid having a component for the synthesis of a polymer receptor through one or more passages of the support; and (c) connecting one or more receptor components to the support. Immobilizing position-specifically and / or time-specifically at each of the predefined locations or regions of the passageway (d) until the desired receptor is synthesized at each of the predefined locations or regions (B) and a step of repeating the step (c).

【0018】 前記方法の有利な実施態様は請求項2から13までのいずれか1項記載の目的
である。支持体は生物学的または化学的に機能的な材料もしくはレセプタ(プロ
ーブ)またはこれらの構成成分を装備可能または装備された固相である。本発明
の前記の実施態様においては、支持体は空隙、例えば少なくとも1つの通路およ
び特に有利には多数の通路を有する表面を有する。これらの通路は、有利には例
えば10〜1000μmの断面を有する微小通路である。これらの通路は(表面
特性に依存して)毛管通路であってよいが、キャピラリー作用を有さない通路で
あってもよい(例えばテフロン(登録商標)による被覆に基づいて)。支持体は 、有利には少なくとも部分的に、レセプタが装備される位置もしくは領域の範囲 において光学的に透明である。レセプタが装備される支持体の領域は、有利には 化学的かつ物理的に互いに同一である。すなわちこれらは実質的に同一の表面性 質を有している。
[0018] Advantageous embodiments of the method are the object of any one of claims 2 to 13. The support is a biologically or chemically functional material or receptor (probe) or a solid phase capable of being equipped with or equipped with these components. In the above embodiment of the invention, the support has a cavity, for example a surface having at least one passage and particularly preferably a large number of passages. These channels are preferably microchannels having a cross section of, for example, 10 to 1000 μm. These passages may be capillary passages (depending on surface properties), but may also be passages without capillary action (e.g. based on coating with Teflon). The support is advantageously at least partially optically transparent in the region of the location or area in which the receptor is provided. The areas of the support on which the receptors are equipped are advantageously chemically and physically identical to one another. That is, they have substantially the same surface properties.

【0019】 本発明の更なる目的は支持体上での統合された合成および分析物の測定のため
の、請求項14記載の方法であり、該方法は工程: (a)支持体を準備する工程、 (b)含有しているレセプタまたはポリマーレセプタの合成のための構成成分を 有する液体を支持体上に導く工程、 (c)レセプタまたはレセプタ構成成分を支持体上の事前に規定した位置もしく は領域のそれぞれに位置特異的および/または時間特異的に固定化させる 工程、 (d)場合により、所望のレセプタが支持体上の事前に規定された位置もしくは 領域のそれぞれに合成されるまで工程(b)および工程(c)を繰り返す 工程、 (e)測定される分析物を含有する試料と支持体を接触させる工程、 (f)分析物を、これが支持体上に固定化されたレセプタに結合することによっ て測定する工程 を含む。
A further object of the present invention is the method according to claim 14 for integrated synthesis and analyte determination on a support, said method comprising the steps of: (a) providing a support. (B) directing a liquid having components for the synthesis of the containing receptor or polymer receptor onto a support; (c) also pre-defined positions of the receptor or receptor components on the support. Or position-specifically and / or time-specific immobilization at each of the regions, (d) optionally until the desired receptor is synthesized at each of the predefined positions or regions on the support. Repeating steps (b) and (c), (e) contacting the sample containing the analyte to be measured with the support, (f) transferring the analyte onto a support on which the analyte is immobilized. Comprising the step of measuring by the binding to data.

【0020】 前記の方法の有利な実施態様は請求項15から25までのいずれか1項記載の
目的である。この実施態様においても平坦な支持体を使用してよい。
An advantageous embodiment of the method is the object of any one of claims 15 to 25. A flat support may also be used in this embodiment.

【0021】 請求項26記載の目的は、少なくとも1つの通路および有利には多数の通路、
特に複数の毛管通路を有する、分析物の測定のための支持体であり、その際前記
通路中には多数の種々のレセプタが固定化されている。有利には、該支持体は少
なくともレセプタを装備する領域の範囲において光学的に透明である。
The object of claim 26 is to provide at least one passage and advantageously a plurality of passages,
It is a support for measuring analytes, in particular having a plurality of capillary passages, in which a number of different receptors are immobilized. Advantageously, the support is optically transparent at least in the region of the area equipped with the receptor.

【0022】 本発明の目的は、更に請求項28記載の試薬キットであり、該キットは、前記
のような支持体および支持体上でのポリマーレセプタの合成のための構成成分を
有する。更にこの試薬キットは支持体上でのレセプタの合成のための反応液さえ
も含んでいる。
A further object of the present invention is a reagent kit according to claim 28, comprising a support as described above and a component for the synthesis of a polymer receptor on a support. In addition, this reagent kit even contains a reaction solution for the synthesis of the receptor on the support.

【0023】 また本発明の目的は請求項29記載の、支持体上での統合された合成および分
析物の測定のための装置であり、該装置はプログラム可能な光源マトリクス、検
出マトリクス、光源マトリクスと検出マトリクス間に配置される支持体ならびに
支持体中への液体の供給および支持体からの液体の排出のための手段を有する。
プログラム可能な光源マトリクスもしくは照射マトリクスは反射マトリクス、光
弁マトリクス、例えばLCDマトリクスまたは自己発光性の照射マトリクスであ
ってよい。前記装置の有利な実施態様は請求項30および31に記載の目的であ
る。
Also an object of the present invention is an apparatus for integrated synthesis and analyte determination on a support according to claim 29, the apparatus comprising a programmable light source matrix, a detection matrix and a light source matrix. And a support disposed between the substrate and the detection matrix, and means for supplying liquid into the support and discharging liquid from the support.
The programmable light source matrix or illumination matrix may be a reflective matrix, a light valve matrix, such as an LCD matrix or a self-luminous illumination matrix. Advantageous embodiments of the device are the objects of claims 30 and 31.

【0024】 最後に本発明の目的は、請求された方法、支持体、試薬キットならびに請求さ
れた装置を、試料中の分析物の測定のために使用することである。有利な使用は
請求項33から38までのいずれか1項記載の目的である。
Finally, it is an object of the present invention to use the claimed method, support, reagent kit and claimed device for the determination of an analyte in a sample. An advantageous use is the object of any one of claims 33 to 38.

【0025】 本発明の実施態様は、周期的な統合された合成および分析のための方法および
システムを意味するべきであり、該システムはISAシステムを意味するべきで
ある。本発明により有利な合成および分析の直接の統合によって、周期的に進行
させる方法において従来技術に対して明らかに改善された分析物の高処理量測定
を可能にする。その際に、分析される物質は、例えば高分子鎖の断片またはフラ
グメントとして存在してよい。
Embodiments of the present invention shall mean methods and systems for periodic integrated synthesis and analysis, which shall mean ISA systems. The direct integration of synthesis and analysis advantageous according to the invention enables a high throughput measurement of analytes which is clearly improved over the prior art in a cyclically proceeding manner. In that case, the substance to be analyzed may be present, for example, as fragments or fragments of a polymer chain.

【0026】 本発明の有利な実施態様によれば、第1の支持体の分析およびそれに続いて作
成される支持体の合成の間の直接的な論理的結びつきが提供され、その際、前の
周期からの情報獲得は後続の周期に転用されうる。前記のように分析システムの
学習が徐々に展開される。
According to an advantageous embodiment of the invention, there is provided a direct logical connection between the analysis of the first support and the synthesis of the subsequently produced support, wherein the previous Information acquisition from a cycle can be diverted to a subsequent cycle. As described above, the learning of the analysis system is gradually developed.

【0027】 前記の周期的に進行させる、合成、配列比較、比較結果の分析結果および再度
実施する支持体上でのレセプタの合成の順序は任意に屡々(所望の任意に選択さ
れる中断基準に達するまで)繰り返してよい。
The order of the cyclically proceeding synthesis, sequence comparison, analysis of the results of the comparison and the synthesis of the receptor on the support, which is carried out again, is arbitrarily often (depending on the desired arbitrarily chosen interruption criteria). Until it reaches).

【0028】 帰還およびそれと結びついている前の周期の学習プロセスによって本発明によ
る方法および装置は非常に大きくかつ複雑な分析分子鎖の研究、例えば個々のゲ
ノム、例えば個人のヒトゲノムの配列決定のために適当である。時間の消費はそ
の際、先行技術に対して少なくとも100倍、むしろ1000倍、潜在的には1
0000倍も改善される。
By means of the learning process of the cycle before the return and its connection, the method and the device according to the invention make it possible for the study of very large and complex analytical molecular chains, for example for the sequencing of individual genomes, for example the human genome of an individual. Appropriate. The time expenditure is then at least 100-fold, rather 1000-fold, and potentially 1-fold over the prior art.
0000-fold improvement.

【0029】 該方法は、未知の核酸配列(DNA、cDNA、RNA)の“新規配列決定”
のために、これらの位置的配分、それぞれのマッピングを含めて使用できる。前
記のやり方で、各個人および各種の個々の遺伝子プロフィールをゲノムの部分ま
たは全ゲノムの配列決定によっても作成することが可能である。
The method comprises the steps of “novel sequencing” of unknown nucleic acid sequences (DNA, cDNA, RNA).
For these, these spatial distributions, including their respective mappings, can be used. In this manner, individual and various individual gene profiles can also be generated by sequencing parts of the genome or the entire genome.

【0030】 更に該方法は核酸配列の“再配列決定”のために使用できる。すなわち調査さ
れる試料中での既に公知の配列(レセプタプローブの形で表される)と未知の配
列との比較のために使用できる。公知の配列はこれを目的とし、かつ問題提起に
応じて選択される。
Furthermore, the method can be used for “re-sequencing” of nucleic acid sequences. That is, it can be used for comparison of an already known sequence (expressed in the form of a receptor probe) with an unknown sequence in the sample to be investigated. The known sequence is chosen for this purpose and depending on the question.

【0031】 前記の再配列決定はユーザーに、中性の支持体に由来する本発明による支持体
上にその場で個々のポリマーレセプタを生じさせ、かつ引き続き調査される試料
の分析を直ちに実施させることを可能にする。この可能性によって最小限の必要
場所で最大限のレセプタの変型多様性が生じる。
[0031] Said resequencing allows the user to generate individual polymer receptors in situ on a support according to the invention from a neutral support and to immediately carry out the analysis of the sample to be investigated. Make it possible. This possibility results in maximum receptor variant diversity with minimum requirements.

【0032】 新規配列決定および再配列決定の組合せによって診断試験または薬剤を個人の
要求に短時間で適合できる。
The combination of novel sequencing and resequencing allows a diagnostic test or drug to be quickly adapted to the needs of the individual.

【0033】 更に重要な利用分野として極めてフレキシブルな発現型を分析できる。そのた
めに相応するレセプタもしくはポリマープローブが一般に公知の配列に基づいて
選択される。遺伝子発現の決定のための前記方法の使用は高処理量のスクリーニ
ングに関しても実施できる。
As a further important field of application, extremely flexible phenotypes can be analyzed. To that end, the corresponding receptor or polymer probe is selected on the basis of generally known sequences. Use of the method for determining gene expression can also be performed for high-throughput screening.

【0034】 更に種々の自然に存在するレセプタプローブおよび人工的なレセプタプローブ
と異なるバッチがスクリーニング法、および物質ライブラリーの構築および分析
のために想定されうる。これは、例えば薬理学的な活性物質の探索および特徴付
けに関連して実施できる。
In addition, different batches of various naturally occurring and artificial receptor probes can be envisioned for screening methods, and for constructing and analyzing material libraries. This can be done, for example, in connection with the search and characterization of pharmacologically active substances.

【0035】 本発明による方法および周期的な統合された合成および分析物の測定のための
本発明による方法および本発明による装置は広く区分され、かつ原則的にガスク
ロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、ゲル電気泳動、キャピラリー電気
泳動、質量分析法等のような分析の全ての使用に関連している。同様のものは、
原則的に極めて並行固相分析の全ての使用と見なされている。
The method according to the invention and the method according to the invention and the device according to the invention for periodic integrated synthesis and determination of analytes are broadly divided and in principle include gas chromatography, thin-layer chromatography, Relevant for all uses of analysis, such as gel electrophoresis, capillary electrophoresis, mass spectrometry and the like. A similar one is
In principle, it is regarded as a highly parallel use of all solid-phase analyses.

【0036】 既製の複雑なポリマーレセプタを載置する必要性は完全に無くなる。更にレセ
プタの総数および選定に関する制限はない。必要な総数のレセプタは複数の反応
支持体もしくは1つの反応支持体において複数の周期にわたり分配されうる。そ
れというのも比較結果の論理的評価のためには個々のレセプタが位置的基準の影
響下にないからである。
The need to mount off-the-shelf complex polymer receptors is completely eliminated. Furthermore, there are no restrictions on the total number and selection of receptors. The required total number of receptors can be distributed over a plurality of reaction supports or on one reaction support over a plurality of cycles. This is because the individual receptors are not subject to the location criteria for the logical evaluation of the comparison result.

【0037】 本発明の目的は、固体の支持体マトリクス(チップ)における極めて並行、高
平坦および高密度の配置(アレイ)を形成させるために、有利には個々の塩基(
G、A、CおよびT)または全オリゴヌクレオチド(塩基配列)の光制御合成の
使用のためのベースとしての新規の“支持体”である。
It is an object of the present invention to form highly parallel, highly flat and dense arrangements (arrays) in a solid support matrix (chip), preferably with individual bases (arrays).
G, A, C and T) or a new "support" as a basis for the use of light-controlled synthesis of all oligonucleotides (sequences).

【0038】 新規のバイオチップ、“光学流体マイクロプロセッサ”は、少なくとも部分的
に透明であり、かつ有利には平坦な物体中に微小通路、有利には毛管からなる構
造を有する。液体の使用物質はレセプタ合成またはレセプタ固定化の際に通路を
通して支持体中に導入され、かつ局所的に活性化されて通路壁に結合される。こ
れによって迅速、効果的およびそれにより廉価な製造のための技術的な前提条件
が成し遂げられ、該支持体は広範囲で使用できる。密度および並行性は競合技術
と同じオーダーであり、数十万の規定のオリゴヌクレオチドが支持体上にある。
新規の技術の利点は、均一な表面と比較して複数の通路中の流動プロセスおよび
湿潤プロセスの有利な物理化学的特性である。
The novel biochip, an “optical fluid microprocessor”, has a structure that is at least partially transparent and consists of microchannels, preferably capillaries, in a preferably flat object. The liquid use substance is introduced into the support through the channel during receptor synthesis or receptor immobilization and is locally activated and bound to the channel wall. This fulfills the technical prerequisites for rapid, effective and thereby inexpensive production, and allows the support to be used in a wide range. Density and parallelism are on the same order as competing technologies, with hundreds of thousands of defined oligonucleotides on the support.
An advantage of the new technology is the advantageous physicochemical properties of the flow process and the wetting process in multiple passages compared to a uniform surface.

【0039】 チップの製造は、有利には微小通路を備えた適当な光透過性の材料からなる支
持体の製造ならびに個々の微小通路壁への生化学的被覆プロセスからなるので、
引き続きポリマーレセプタ、例えばオリゴヌクレオチドを複数の通路中で合成で
きる。この際に、支持体中の個々の通路において適当な光源による光活性によっ
て個々のレセプタ構成成分、オリゴマーのシントン(例えばジヌクレオチド、ト
リヌクレオチド、テトラヌクレオチドまたはペンタヌクレオチド)または完全な
塩基配列(オリゴ)が位置特異的に付着する。これによって各通路において多数
のレセプタを装備した領域(特異的結合部位もしくはハイブリダイゼーション部
位)が生じ、その際、その個々のレセプタ−配列組に基づく個々の領域は特異的
分析物、例えばDNA断片の結合および引き続いての検出のために役に立つ。該
領域は平坦な支持体の一面において複数の通路壁によって互いに分離されており
、かつ個々の通路に沿って2つの隣接した領域間で光活性結合では相応の空間が
残る。極めて並行、高集積された特異的レセプタのアレイが生じる。オリゴ配列
および並行通路(詳細はチャプター5を参照のこと)の多重使用の可能性に基づ
いて、製造時間は単一の塩基を使用する場合は1/4に、ジヌクレオチドを使用
する場合は1/8に、かつトリヌクレオチドを使用する場合には1/16に、オ
リゴ(使用物質)および複数の湿潤している通路の相応する多重使用によって短
縮可能である。またこれによって顧客の要求にフレキシブルに適合させる(“オ
ーダーメイド”バイオチップ)ことも可能である。これらの体系的な加速は平坦
システム(平坦チップ)において不可能である。
The production of the chip advantageously comprises the production of a support made of a suitable light-transmissive material with microchannels and the process of biochemical coating the individual microchannel walls.
Subsequently, polymer receptors, eg, oligonucleotides, can be synthesized in multiple passages. The individual receptor constituents, oligomeric synthons (eg dinucleotides, trinucleotides, tetranucleotides or pentanucleotides) or the complete base sequences (oligos) are then activated in the individual passages in the support by means of a suitable light source. Are site-specifically attached. This results in regions (specific binding or hybridization sites) equipped with multiple receptors in each passage, wherein the individual regions based on the respective receptor sequence set are specific analytes, such as DNA fragments. Useful for binding and subsequent detection. The areas are separated from one another on one side of the flat support by a plurality of channel walls, and a corresponding space remains between the two adjacent areas along the individual channels in a photoactive coupling. A very parallel, highly integrated array of specific receptors results. Based on the possibility of multiple use of oligo sequences and parallel pathways (see Chapter 5 for details), the production time is reduced by a factor of 4 when using a single base and by 1 when using a dinucleotide. / 8, and 1/16 when using trinucleotides, can be shortened by the corresponding multiple use of oligos (substances used) and a plurality of wet passages. This also allows for flexible adaptation to customer requirements ("custom-made" biochips). These systematic accelerations are not possible in flat systems (flat chips).

【0040】 分析のために調査材料(例えば溶液中のDNA、RNA)が複数の通路を通し
て導入され、かつレセプタへの結合の機会は、例えば存在するのであれば相補鎖
へのハイブリダイゼーションによって得られる。それぞれの分析物結合、例えば
DNAハイブリダイゼーションの検出および評価のためには、有利には高解像度
の並行CCDチップが使用される。固定化されたレセプタへの分析物の結合は適
当な先行技術から公知のシグナル供与基、例えば発光基による。しかしながら新
規の検出方法も使用できる。複数の通路のサイズが、それぞれの測定点が十分な
数の検出器、例えばCCDチップのピクセルエレメントを覆うように選択される
場合には、検出において光学的に結像するレンズ系を使用できない。多数(現在
1cmあたり16Mioピクセル;研究の水準1cmあたり80Mioピク
セル)のピクセル(光学的なセンサ)を有する極めて並行の(光学的でない)C
CDマトリクスチップを直接使用することによって、多数の光シグナルを並行に
検出できる(ジェノメトリクス社のBioScannerを参照のこと)。それと同時に検
出装置において、高価な光学的な配置の代わりに多数かつ廉価に完成されたハイ
−テク製品を使用することも試みられている。
For analysis, the investigational material (eg, DNA, RNA in solution) is introduced through multiple passages, and the opportunity for binding to the receptor is obtained, for example, by hybridization to the complementary strand, if present. . For the detection and evaluation of the respective analyte binding, for example DNA hybridization, a high-resolution parallel CCD chip is advantageously used. The binding of the analyte to the immobilized receptor is via a suitable signal-donating group known from the prior art, for example a luminescent group. However, new detection methods can also be used. If the size of the passages is chosen such that each measuring point covers a sufficient number of detectors, for example the pixel elements of the CCD chip, an optically imaging lens system cannot be used in the detection. Number (16Mio pixel current per 1 cm 2; Level 1 cm 2 per 80Mio pixels studies) very parallel with the pixels (optical sensor) (not optically) C
Multiple light signals can be detected in parallel by using a CD matrix chip directly (see BioScanner from Genometrix). At the same time, attempts have been made to use large and inexpensive high-tech products instead of expensive optical arrangements in the detection device.

【0041】 従って本発明によってDNA分析における実質的な要求、すなわち多数のDN
A配列の同時の測定(高集積の小型化された支持体および高解像度の光学的検出
によって達成される)、廉価な試験の提供(製造における多重使用、廉価な“デ
ィスポーサブル”な、例えば射出成形からの支持体、製造における迅速な合成)
、少容量に基づく分析における迅速な実施ならびに有利な湿潤プロセス、支持体
等の流動ジオメトリーによる使用物質の低減、迅速な評価(平坦な配置[DNA
チップ]における並行な光学的な評価によって達成される)、廉価な分析システ
ム(高価なマイクロシステム技術および光学的成分の放棄によって達成される)
ならびに製造と同様に分析における品質の保証(支持体中の規定の流動プロセス
によって達成される)がカバーされる。
Thus, according to the present invention, a substantial requirement in DNA analysis, ie, a large number of DNs
Simultaneous measurement of A-arrays (achieved by highly integrated miniaturized supports and high-resolution optical detection), providing inexpensive testing (multiple use in manufacturing, inexpensive "disposable", eg injection molding Support, rapid synthesis in production)
, Rapid performance in small volume based analysis and reduction of materials used due to advantageous wetting processes, flow geometry of supports, etc., rapid evaluation (flat configuration [DNA
Achieved by parallel optical evaluation in the chip], inexpensive analysis systems (achieved by expensive microsystem technology and elimination of optical components)
As well as quality assurance in the analysis as well as in the production (achieved by defined flow processes in the support) are covered.

【0042】 支持体合成の領域における化学反応の光活性の使用は、特に光流動的マイクロ
プロセッサとプログラム可能な光源マトリクスとの技術基盤の組合せをもたらす
。それというのも、前記のことによって個々の支持体のための製造コストは同時
に品質改善されて約10〜100倍低減されうるからである。これによって初め
て廉価な極めて並行な高集積かつ同時に容易に小型化可能かつ自動化可能なDN
Aチップ−技術が提供される。
The use of the photoactivity of chemical reactions in the area of support synthesis results in a combination of the technical basis of a photofluidic microprocessor and a programmable light source matrix, among others. This is because the manufacturing costs for the individual supports can be improved at the same time by a factor of about 10 to 100 times. This makes it possible for the first time to obtain inexpensive, highly parallel, highly integrated and easily miniaturized and automatable DNs
A chip-technology is provided.

【0043】 複雑なデータ評価にもかかわらず、種々のハードウェア成分の最低限の1つだ
けを必要とする。それというのも周期ごとにか、または消耗時にのみ交換が必要
な支持体は、まずレセプタ合成の開始前には全て同一だからである。全ての特質
はまず特異的なレセプタ合成および、合成/分析周期の後に情報に変えられる、
分析によって徐々に得られる情報からもたらされるので、特質、すなわち生物学
的/化学的な物質の特徴は反対に電気的なデータの形でのみ存在する。
Despite complex data evaluation, only a minimum of one of the various hardware components is required. This is because the supports that need to be replaced on a cycle-by-cycle basis or only during wear are all the same before the start of receptor synthesis. All attributes are first turned into information after specific receptor synthesis and synthesis / analysis cycles,
The nature, that is, the characteristics of biological / chemical substances, exists only in the form of electrical data, on the contrary, as it comes from the information gained by the analysis.

【0044】 4. 解決手段の基本的な道筋 この系における原則的な解決手段は、支持体上の多数の通路壁の表面上へのレ
セプタの段階的な生化学的合成に基づく。これらの複数の通路は支持体、例えば
小さな平坦なチップ上に配置されている。この合成は相応の塩基または複数の塩
基のオリゴヌクレオチド(塩基配列)での光活性化された位置特異的結合によっ
て実施する。調査されるDNA分析物で特異的に“標識された”通路の湿潤およ
び引き続いてのシグナル供与基による結合反応の検出は1つのプロセス周期を締
めくくる。
4. Basic route of the solution The principle solution in this system is based on the stepwise biochemical synthesis of receptors on the surface of a number of passage walls on a support. These passages are arranged on a support, for example a small flat chip. The synthesis is carried out by photoactivated regiospecific binding with an oligonucleotide (base sequence) of the appropriate base or of a plurality of bases. The wetting of the passageway specifically "labeled" with the DNA analyte to be investigated and the subsequent detection of the binding reaction by the signal-donating group closes one process cycle.

【0045】 4.1 支持体マトリクスとしての微小構造 支持体合成は、適当な光透過材料からなる支持体の準備ならびに個々の通路壁
へのレセプタの生化学的発生を含む。レセプタの特異的合成は支持体の製造時に
直接か、または最初の使用の際に実施できる。
4.1 Microstructure as Support Matrix Support synthesis involves the preparation of a support consisting of a suitable light transmissive material and the biochemical generation of receptors on the individual passage walls. The specific synthesis of the receptor can be carried out directly during the production of the support or on first use.

【0046】 支持体のために種々の材料(例えばガラス、シリコン、セラミック、金属また
はプラスチック)を使用できる。通路壁が光活性合成における励起波と同様に引
き続きの検出(分析)における光波(場合により励起および反応シグナル)に対
して良好に透過性であることが重要である。その材料の使用に応じて通路壁を反
応性材料で被覆せねばならず、これによってレセプタまたはレセプタ構成成分が
表面に結合しうる。
Various materials can be used for the support (eg, glass, silicon, ceramic, metal or plastic). It is important that the passage walls are as well as transparent to the light waves (and possibly the excitation and reaction signals) in the subsequent detection (analysis) as well as the excitation waves in the photoactive synthesis. Depending on the use of the material, the passage walls must be coated with a reactive material, so that the receptor or the receptor component can bind to the surface.

【0047】 支持体のジオメトリーは、例えば“キャッシュカード”に相当し、その際、通
路に覆われた表面のサイズは検出のために使用されるCCDチップによって規定
される。支持体中の複数の通路のために種々の製造方法が使用できる。その際、
複数の通路の断面ジオメトリーの影響が考慮され、この断面ジオメトリーは相応
する流動工学的な力に大きな影響を有し、かつ複数の通路の清浄能力を有する。
製造方法としては、例えばレーザー、フライス、エッチングまたは射出成形を使
用できる。
The geometry of the support corresponds for example to a “cash card”, wherein the size of the surface covered by the passage is defined by the CCD chip used for the detection. Various manufacturing methods can be used for the plurality of passages in the support. that time,
The influence of the cross-sectional geometry of the multiple passages is taken into account, which has a significant effect on the corresponding flow engineering forces and has the cleaning capability of the multiple passages.
As a manufacturing method, for example, laser, milling, etching or injection molding can be used.

【0048】 平面における複数の通路の配置において以下の態様を考慮できる:多数の並行
な通路を使用する場合には、合成の時間は短縮できるが、個々の通路の湿潤もし
くは充填は相応して複雑である。極端には僅か1つの単一の長い通路を有する場
合、合成が相応して緩慢である。それというのも複数の通路の多重使用を塩基ま
たは全オリゴに使用できず、かつ全てのプロセスはシリアルにのみ次々に進行し
うるからである。1つだけの通路の利点は試料を各測定点で全ての通路に事前に
流動させる分析にある。
The following aspects can be considered in the arrangement of a plurality of passages in a plane: if a large number of parallel passages are used, the synthesis time can be reduced, but the wetting or filling of the individual passages is correspondingly complicated. It is. With extremely only one single long passage, the synthesis is correspondingly slow. This is because multiple use of multiple passages cannot be used for bases or all oligos, and all processes can proceed one after another serially only. The advantage of only one passage lies in the analysis in which the sample is pre-flowed in all passages at each measurement point.

【0049】 4.2 支持体中の合成周期 支持体においてレセプタでの被覆のために予定される位置(反応領域)は複数
の通路を通して容器から導管、弁および取り付け部品によって1種以上の液体を
充填される。ドイツ国特許出願19839254.0号から公知の、有利にはプ
ログラム可能なドイツ国特許出願19907080.6号に記載されているよう
な光源マトリクスもしくは照射マトリクスを意味する照射/検出装置を使用して
、支持体の選択された位置もしくは領域を照射させ、こうしてレセプタの個々の
反応を制御することができ、その際、これに関連する支持体は光学流体マイクロ
プロセッサを意味する。照射の代わりに、選択された反応領域の個々の流動的活
性化も可能である。反応の完了後に反応領域を洗い流し、新たに充填し、その後
に再度反応周期に引き続く。レセプタ合成のプロセスは適当な検出装置を使用し
て実施かつ制御できる。
4.2 Synthetic Cycle in Support The location (reaction zone) on the support intended for coating with the receptor is one or more of the liquids via conduits, valves and fittings from the vessel through multiple passages. Will be filled. Using an illumination / detection device which means a light source matrix or an illumination matrix as known from German patent application 198 35 254.0, preferably as described in German patent application 19907080.6, A selected position or area of the support can be illuminated, thus controlling the individual response of the receptor, the associated support then being an optical fluid microprocessor. Instead of irradiation, individual fluid activation of selected reaction zones is also possible. After the completion of the reaction, the reaction zone is flushed and refilled, after which the reaction cycle is resumed. The process of receptor synthesis can be performed and controlled using suitable detection equipment.

【0050】 レセプタの合成が終結するやなや、反応領域は清浄されかつ分析物測定プロセ
スが提供される。
As soon as the synthesis of the receptor has ended, the reaction zone is cleaned and an analyte measurement process is provided.

【0051】 4.3 オリゴチップによる核酸分析−基本原理 既に多数の配置で示されているように(例えばモレキュラーメディシントゥデ
イ、9/97、384〜389ページ;トレンド イン バイオテクノロジー、1
1/97、465〜468ページ)、主に相補配列、いわゆるオリゴヌクレオチ
ドまたはオリゴに核酸ストランドにハイブリダイズすることを配列分析のために
使用できる。更に合成オリゴヌクレオチドの高密度配置が固体マトリクス上に生
じ、かつ多様な並行のハイブリダイゼーション試験が可能になる。先端の方法(
’98年8月)は合成前段階のホトリソグラフィーおよびそれによる活性化であ
る。マイクロエレクトロニクス的製造から借用される技術への依存において、並
行な配置はチップと呼ばれる。
4.3 Nucleic Acid Analysis with Oligo Chips-Basic Principle As already shown in a number of arrangements (eg Molecular Medicine Today, 9/97, pp. 384-389; Trend in Biotechnology, 1
1/97, pp. 465-468), mainly hybridizing complementary sequences, so-called oligonucleotides or oligos, to nucleic acid strands can be used for sequence analysis. In addition, a high density arrangement of synthetic oligonucleotides occurs on the solid matrix and allows for a variety of parallel hybridization tests. Tip method (
(August 1998) is photolithography at the pre-synthesis stage and its activation. In reliance on technology borrowed from microelectronic manufacturing, the parallel arrangement is called a chip.

【0052】 反応領域(“測定点”)、すなわち規定の位置の規定のオリゴの数の大規模な
増加によって多大な分析能力が達成される。
Large analytical capacity is achieved by a large increase in the number of reaction zones (“measurement points”), ie, defined oligos at defined positions.

【0053】 調査される試料は通常DNAまたはRNAを含有する。これは場合により単離
され、かつ増幅工程(例えばPCR)によって増幅され、かつその際に標識、例
えば色素標識、蛍光標識または発光標識を受ける。
The sample to be investigated usually contains DNA or RNA. It is optionally isolated and amplified by an amplification step (eg PCR) and receives a label, for example a dye label, a fluorescent label or a luminescent label.

【0054】 十分に多いレセプタを装備した領域(反応領域)によってDNA分子の配列決
定も可能であり(シーケンシング−バイ−ハイブリダイゼーションSBH、Bi
oTec3/98、52〜58ページ参照)、更なる使用は点突然変異−多型(
すなわち規定のDNA断片における幾つかの塩基の個体間の差異)を示し、とり
わけ数百の被験者におけるこのような多型を並行して同定することを可能にする
(サイエンス280、5/98、1077〜1082ページ)。
DNA molecules can also be sequenced by regions equipped with a sufficient number of receptors (reaction regions) (sequencing-by-hybridization SBH, Bi
oTec3 / 98, pp. 52-58), a further use is point mutation-polymorphism (
Ie, differences between individuals of several bases in a given DNA fragment), making it possible in particular to identify such polymorphisms in several hundred subjects in parallel (Science 280, 5/98, 1077). -1082 pages).

【0055】 また全ゲノムの調査および全細胞の遺伝子発現状態の調査も可能である(例え
ばProc, Nat. Acad. Sci. USA 95, 3/98, S. 3752-3757)。
It is also possible to investigate the whole genome and the state of gene expression in all cells (for example, Proc, Nat. Acad. Sci. USA 95, 3/98, S. 3752-3757).

【0056】 ここに記載される発明は、従って核酸および遺伝物質の調査のための確立され
た多数の方法の使用を可能にする。更に同時にこのような使用の多大な増加およ
びそれによる大きな科学研究が結びつく。それというのも光学流体マイクロプロ
セッサは現存の方法よりフレキシブルな技術および明らかに少ない費用を提供す
ると想定されるからである。
The invention described herein thus allows the use of a number of established methods for the investigation of nucleic acids and genetic material. Moreover, at the same time, a great increase in such uses and consequently a great scientific research is linked. This is because optofluidic microprocessors are expected to provide more flexible technology and significantly less cost than existing methods.

【0057】 4.4 支持体上でのオリゴヌクレオチドおよびペプチドの光活性合成 支持体上でのレセプタの構築のときに、個々の領域において適当な光源による
光活性によってレセプタ構成成分、例えば個々の塩基(G、A、C、T)または
オリゴヌクレオチド配列(有利には約2〜4塩基長)を位置特異的に付加する。
複数の通路を順次に合成構成成分、例えばG、A、CおよびTで充填し、かつ複
数の通路に沿って位置特異的に規定の波長および強度の高解像度光で照射する。
被覆周期の間に複数の通路を相応して洗い流して未結合のレセプタ構成成分を除
去する。
4.4 Photoactive Synthesis of Oligonucleotides and Peptides on the Support During the construction of the receptor on the support, the receptor components, for example the individual bases, are activated by photoactivation by means of a suitable light source in the individual regions. (G, A, C, T) or an oligonucleotide sequence (preferably about 2 to 4 bases in length) is added regiospecifically.
The multiple paths are sequentially filled with synthetic components, eg, G, A, C, and T, and illuminated along the multiple paths with position-specific, high-resolution light of a defined wavelength and intensity.
During the coating cycle, the channels are flushed accordingly to remove unbound receptor components.

【0058】 この際に、各通路において多数の反応領域(特異的結合部位もしくはハイブリ
ダイゼーション部位)が生じ、各反応領域はその個々のレセプタ−配列に基づい
て、特異的な分析物、例えばDNA断片の結合および引き続いての検出のために
役に立つ。反応領域は平坦な支持体の第1のディメンションにおいては複数の通
路壁によって互いに分離され、かつ第2のディメンションにおいては個々の通路
に沿って隣接した2つの反応領域間で光活性化の際に相応の空間が残る。
At this time, a large number of reaction regions (specific binding sites or hybridization sites) are generated in each passage, and each reaction region is based on its individual receptor sequence, and has a specific analyte, such as a DNA fragment. Useful for binding and subsequent detection. The reaction zones are separated from one another by a plurality of channel walls in a first dimension of the flat support and in a second dimension upon light activation between two adjacent reaction zones along individual channels. A reasonable space remains.

【0059】 ホトリソグラフィーは更にレセプタ構成成分の光活性結合のために使用するこ
ともできる。しかしながら別の方法を使用してもよい。
Photolithography can also be used for photoactive coupling of receptor components. However, other methods may be used.

【0060】 特に有利にはプログラム可能な光源マトリクス、例えば自己発光性光源マトリ
クス、光弁マトリクスまたは反射マトリクスの使用下に照射プロセスを実施し、
そのマトリクス点もしくは光源エレメントは、特に光の強度および、場合により
光の色に関して制御可能であることが意図されている。このようなマトリクスを
使用して、それぞれの必要な二次元的な照射パターンを容易に、特にコンピュー
タ支援により作成できる。支持体の製造の際のオリゴの有利な光活性化は照射マ
トリクスによって直接実施する。このために必要な、例えば365nmの波長(
可視光の近傍の上部UV領域)はプログラム可能な光源マトリクスの全ての変型
によって制御可能である。
It is particularly advantageous to carry out the irradiation process using a programmable light source matrix, for example a self-luminous light source matrix, a light valve matrix or a reflection matrix,
The matrix points or light source elements are intended to be controllable, in particular with respect to the intensity of the light and possibly the color of the light. Using such a matrix, the respective required two-dimensional illumination pattern can be easily created, in particular with the aid of a computer. The advantageous photoactivation of the oligos during the production of the support is effected directly by the irradiation matrix. For example, a wavelength of 365 nm (
The upper UV region near the visible light) is controllable by all variants of the programmable light source matrix.

【0061】 相応のようにして、レセプタをアミノ酸および/またはペプチド構成成分から
構成できる。
[0061] Accordingly, the receptor can be composed of amino acid and / or peptide components.

【0062】 4.5 特異的検出反応のCCD−チップ検出 前記のようにDNA分析物の結合は直接または間接的に検出可能なシグナル、
例えば光シグナルに導かれるべきである。これは、例えば吸着、励起光(蛍光)
または光子放出(発光)によって実施できる。有利にはシグナル検出のために、
有利には支持体の下に直接配置されるCCDチップが使用される。励起光源は、
有利には支持体の上に配置され、相応して透過光法で測定される。
4.5 CCD-Chip Detection of Specific Detection Reactions As described above, binding of a DNA analyte is directly or indirectly detectable signal,
For example, it should be guided by a light signal. This includes, for example, adsorption, excitation light (fluorescence)
Alternatively, it can be implemented by photon emission (emission). Advantageously for signal detection,
Preference is given to using a CCD chip which is arranged directly below the support. The excitation light source is
It is preferably arranged on a support and measured correspondingly by transmitted light.

【0063】 それぞれの光シグナルはCCDチップ上で認識でき、しかも強度および必要に
応じて波長(色)で区別される。受容したスペクトルを質的または量的に評価で
きる。更に、波長および強度の区別はシグナル源の区別も可能にする。
Each light signal can be recognized on a CCD chip, and is further distinguished by intensity and, if necessary, wavelength (color). The received spectrum can be evaluated qualitatively or quantitatively. Further, the distinction between wavelength and intensity also allows distinction between signal sources.

【0064】 検出方法のための励起光の種類は配置に応じて単色性(例えば蛍光励起のため
のレーザー光)または不均質性(例えば吸着測定のための白色光)が選択される
As the type of excitation light for the detection method, monochromaticity (for example, laser light for fluorescence excitation) or heterogeneity (for example, white light for adsorption measurement) is selected depending on the arrangement.

【0065】 5. 現存のシステムに対する改善および利点 新規の支持体によってマスキングに基づくホトリソグラフィー法またはインサ
イチュースポット(in-situ Spotten)の以下に挙げられる欠点が克服される。
[0065] 5. Improvements and Benefits over Existing Systems The novel support overcomes the following disadvantages of masking-based photolithographic methods or in-situ spotten.

【0066】 * 全チップ表面の液体による平坦な湿潤の原理は製造においてどのような種類 の多重使用性も可能にしない。そのため20塩基長のオリゴのための製造周期 の数はジヌクレオチドの使用により(4=16の可能性)4×20=80の ハイブリダイゼーション工程から16×10=160にまで増大し、これは倍 増を意味する。もちろん間にある洗浄周期にも相当する。* The principle of flat wetting of the entire chip surface with liquid does not allow any kind of multi-usability in manufacturing. Therefore the number of production cycles for 20 base long oligonucleotide is increased by the use of dinucleotide (4 possibilities 2 = 16) 4 × 20 = 80 for the hybridization step to the 16 × 10 = 160, which is Means doubling. Of course, it also corresponds to an intervening cleaning cycle.

【0067】 * 平坦なチップ表面での光活性化可能な塩基の合成、同様にチップ製造時に必 要な洗浄工程は位置集中的および操作集中的な浸漬プロセス(チップを液体に 浸漬させる)または液体集中的な表面に沿った洗い流しプロセス(例えば半導 体技術からの遠心分離の原理)以外によっては実現できず、これは機器の発展 から好ましい非常に大きな小型化および自動化の妨げである。* Synthesis of photoactivatable bases on a flat chip surface, as well as washing steps required during chip manufacture are location- and operation-intensive dipping processes (dipping the chip in liquid) or liquid This can only be achieved by means of intensive surface flushing processes (eg the principle of centrifugation from semiconductor technology), which hinders very large miniaturizations and automation which are favorable from the development of the equipment.

【0068】 * 引き続いて行うDNA配列検出においては、チップ表面上に試料を一様に分 配するのは費用がかかり(容易であり、同時に確かな混合方法が可能でない) 、かつ相応して大量の試料液を必要とする。試料中の稀な出来事を探すことは 不可能である。それというのも全ての試料成分と全ての特異的測定点との十分 な接触が保証され得ないからである。In subsequent DNA sequence detection, it is expensive to distribute the sample evenly over the chip surface (easy and at the same time no reliable mixing method is possible) and correspondingly large Of sample solution is required. It is impossible to look for rare events in a sample. This is because sufficient contact between all sample components and all specific measurement points cannot be guaranteed.

【0069】 5.1 合成時の多重使用による製造時間の短縮 新規の支持体の実質的な発展はレセプタを装備した支持体の個々の合成におい
て使用物質としてのレセプタ構成成分および複数の通路の間の相応するマルチプ
レキシングによって製造時間を劇的に短縮させる可能性である。
5.1 Shortening of Production Time by Multiple Uses during Synthesis A substantial development of the new supports is the use of receptor components and multiple passages in the individual synthesis of receptors equipped with receptors. The corresponding multiplexing can drastically reduce the production time.

【0070】 多数の種々のレセプタ配列、例えば規定の長さ(例えば20塩基)の塩基配列
の、平坦な表面上での位置的に高解像度の光活性化による位置特異的作成のため
にDNA−チップアレイの各領域(計算例:各塩基配列において20塩基)で4
回の(4つの異なる塩基によって生じる)合成周期を必要とする。20塩基の階
層に関しては、従って4×20=80周期である。同じ表面でジヌクレオチド(
2塩基)を使用するときには、一度に2階層が生じるが、但し、これらの2階層
のためには4=16の合成周期が必要である。20階層のためには従って80
周期の代わりに10×16=160の合成周期が必要であり、これは製造時間の
倍増を意味する。トリヌクレオチド(3塩基)の使用において、これらの効果は
5倍より多く周期数を増大させる。従って単一の平坦な表面において光活性化D
NAチップの作成のための最も迅速な可能性として単一の塩基の使用が挙げられ
る。合成周期数を低減する可能性は生じない。
DNA-sites for the site-specific generation of a large number of different receptor sequences, eg, nucleotide sequences of defined length (eg, 20 bases), by positionally high resolution photoactivation on flat surfaces. 4 in each region of the chip array (calculation example: 20 bases in each base sequence)
One synthesis cycle (caused by four different bases) is required. For a hierarchy of 20 bases, therefore, 4 × 20 = 80 cycles. Dinucleotides on the same surface (
When (2 bases) is used, two hierarchies occur at one time, however, these two hierarchies require a synthesis cycle of 4 2 = 16. Thus for 80 levels 80
Instead of a period, a synthesis period of 10 × 16 = 160 is required, which means a doubling of the production time. In the use of trinucleotides (3 bases), these effects increase cycle number by more than 5-fold. Therefore, the light-activated D on a single flat surface
The fastest possibility for making NA chips involves the use of a single base. There is no possibility of reducing the number of synthesis cycles.

【0071】 これと異なって光学流体的な支持体の合成において、使用物質、すなわち塩基
またはジヌクレオチド(4=16の組合せ)またはトリヌクレオチド(4
64の組合せ)の種々の変型が種々の通路に分配される可能性が生じる。つまり
少なくとも下方の“支持体近傍の”階層においては、通路あたり1つの塩基もし
くは可能な塩基配列の1つが取り込まれるにすぎない。支持体の複数の通路に発
生する全塩基配列の規定に応じて、上方の階層においては原理は部分的に帳消し
になるはずである、すなわち塩基−平面、ジヌクレオチド−平面またはトリヌク
レオチド平面のためには1つより多い塩基またはオリゴを複数の通路の1つを通
して流さねばならない。またこれによって合成周期の数は再び幾らか増加する。
しかしながら全体的に製造時間の非常に大きな低減は、レセプタ合成における使
用物質として、単一の塩基の場合には理論的に周期の1/4、ジヌクレオチドの
場合には周期の1/8、かつトリヌクレオチドの使用時には周期の1/16に留
まる(より長いオリゴにおける等)。特異的支持体に必要な周期の数は、支持体
上もしくは支持体中の反応領域の数、並行な通路の数ならびに支持体上で合成さ
れるオリゴの長さが規定されている場合には各支持体に個別であり、かつ統計学
的平均値としてのみ定めることができる。支持体の合成時間の最適化は開発され
たソフトウェアツール(例えばCAMS Computer Aided Multiplexing Synthes
i)によって実施すべきである。このソフトウェアツールは開発された分析シス
テムの制御装置もしくは接続された計算機に組み込まれる。
Alternatively, in the synthesis of the optofluidic support, the substances used, ie bases or dinucleotides (combination of 4 2 = 16) or trinucleotides (4 3 =
64 combinations) can be distributed to different passages. That is, at least in the lower “near the support” hierarchy, only one base or one of the possible base sequences is incorporated per path. Depending on the definition of the total base sequence occurring in the multiple passages of the support, in the upper hierarchy the principle should be partially negated, i.e. for base-plane, dinucleotide-plane or trinucleotide plane. Requires more than one base or oligo to flow through one of the multiple passages. This also increases the number of synthesis cycles somewhat again.
However, a very large reduction in the overall production time is due to the fact that the use of substances in receptor synthesis is theoretically 1/4 of the period for a single base, 1/8 of the period for a dinucleotide, and When using trinucleotides, it remains at 1/16 of the cycle (such as in longer oligos). The number of cycles required for a specific support can be determined if the number of reaction zones on or in the support, the number of parallel pathways and the length of the oligo synthesized on the support are specified. It is individual for each support and can only be determined as a statistical average. Optimization of the synthesis time of the support can be accomplished by using developed software tools (eg, CAMS Computer Aided Multiplexing Synthes).
i). This software tool is incorporated into the controller of the developed analysis system or a connected computer.

【0072】 5.2 使用物質の低減および品質保証 複数の通路の使用は必要な液量を低減し、かつ同時に質は支持体合成において
も引き続いての試料の検出においても単一の表面の使用と比較して極めて高めら
れる。そのため複数の通路の同時の湿潤は流動技術的に非常に容易であり、液体
の消費が僅かであり、かつそれ故に非常に容易に小型化および自動化が可能であ
る。特にこのことは複数の通路の必要な洗浄プロセスに関しても十分な質で適用
される。
5.2 Reduction of Materials Used and Quality Assurance The use of multiple passages reduces the required liquid volume and at the same time the quality is reduced to the use of a single surface both in support synthesis and subsequent sample detection. It is extremely enhanced compared to. The simultaneous wetting of several passages is therefore very easy in terms of flow technology, the consumption of liquid is low and therefore miniaturization and automation are very easy. In particular, this also applies with sufficient quality to the required cleaning process of multiple passages.

【0073】 支持体アレイ中の2つの反応領域間の間隔を覆う複数の通路壁によって必要な
液体はほぼ50%に低減される。このことは製造中の支持体の被覆、レセプタの
合成と同様に分析のための“試料塗布”に関しても適用される。液量の更なる低
減は貫流される液体による通路壁の良好な湿潤によって、かつ就中効果的な洗浄
プロセスによって行われる。この洗浄プロセスは、例えば複数の通路内での“清
浄化”気泡によって著しく改善できる。表面上での試料の統計的に十分な良好な
分配は、それに対して非常に大量の試料を使用してのみ実現できるにすぎない。
The required liquid is reduced to almost 50% by a plurality of passage walls covering the space between the two reaction areas in the support array. This applies to "coating samples" for analysis as well as to coating of supports during manufacture, synthesis of receptors. A further reduction of the liquid volume is achieved by a good wetting of the channel walls by the liquid flowing through and by a particularly effective cleaning process. This cleaning process can be significantly improved by, for example, "cleaning" bubbles in a plurality of passages. On the surface, a statistically sufficient good distribution of the sample on the surface can only be achieved with a very large amount of sample.

【0074】 複数の通路の更なる利点はより短時間の周期時間であり、この周期時間はより
少量の液量およびそれに追随する迅速な化学反応および完了によってもたらされ
る。これは結果として短い合成時間もハイブリダイゼーション時間ももたらす。
A further advantage of the multiple passages is a shorter cycle time, which is provided by a smaller liquid volume and a subsequent rapid chemical reaction and completion. This results in both short synthesis and hybridization times.

【0075】 更にこれによって明らかな欠陥の低減が製造と同様に検出においても達成され
、このことは材料の使用および時間の投入ごとに評価可能な測定の数を更に高め
、品質保証のための基礎を形成する。この基礎は正確に定義可能および再現可能
な流動プロセスを作り上げる。
Furthermore, a clear reduction in defects is achieved in the detection as well as in the production, which further increases the number of measurements that can be evaluated with each use of the material and time, and provides a basis for quality assurance. To form This basis makes up a flow process that is precisely definable and reproducible.

【0076】 新規の支持体における排出口の容易な小型化および自動化は支持体上に構築さ
れている新規の分析システム全体の容易な小型化および自動化のための基礎を形
成する。
The easy miniaturization and automation of the outlet in the new support forms the basis for easy miniaturization and automation of the whole new analytical system built on the support.

【0077】 5.3 三次元的な反応表面 個々の通路の断面ジオメトリーの適当な設計によって、使用できる反応表面を
拡大できる。表面のサイズは製造時のオリゴの付加のために、試料からの事前に
流動されたDNA断片の付加および、それによって得られるハイブリダイゼーシ
ョンの実施における光シグナルの強度と同様に重要である。
5.3 Three-Dimensional Reaction Surfaces By appropriate design of the cross-sectional geometry of the individual passages, the available reaction surfaces can be expanded. The size of the surface is as important for the addition of oligos during production as the intensity of the light signal in the addition of pre-flowed DNA fragments from the sample and the resulting hybridization performed.

【0078】 そのため幅と同じ高さを必要とする長方形の通路は、壁およびデッキの湿潤に
よって、同一の底面積、すなわち平坦な支持体の2つの平面における同一の所要
面積において4倍の反応表面を有する。流動技術的な要求から複数の通路が内部
で丸く設計されている場合でさえも(例えば通路中での気泡による良好な清浄可
能性)、平坦な表面と比較して約3倍の反応表面を保持する。この三次元的流動
ジオメトリーの使用によって所要使用物質(製造および分析)を更に低減できる
The rectangular passage, which therefore requires the same height as the width, has a reaction surface that is four times as large at the same base area, ie at the same required area in two planes of the flat support, due to the wetting of the walls and the deck. Having. Even if the passages are designed to be rounded internally due to flow engineering requirements (eg good cleanability by air bubbles in the passages), approximately three times the reaction surface compared to a flat surface can be increased. Hold. The use of materials (production and analysis) can be further reduced by using this three-dimensional flow geometry.

【0079】 更なる効果が同様に複数の通路の断面ジオメトリーによって影響されうる:支
持体の周囲材料中の複数の通路の内部空間の移行時の光の屈折。そのため各曲率
は光の伝播方向に集束作用または散乱作用を有する。そのため該支持体において
は流動通路ジオメトリーの上側および下側の相応する選択によって光の経路を最
適化できる。
Further effects can likewise be influenced by the cross-sectional geometry of the channels: refraction of light during the transition of the internal space of the channels in the surrounding material of the support. Therefore, each curvature has a focusing action or a scattering action in the light propagation direction. The light path can be optimized in the support by a corresponding choice of the upper and lower flow path geometry.

【0080】 5.4 並行なCCDチップ検出 全ての反応領域の光シグナルを“一度に”測定することは、高解像度のCCD
カメラの永続的に増加する電圧が使用される。このことは単一の測定プロセスに
おいて反応検出もしくはハイブリダイゼーション検出のための全ての光シグナル
の検出を可能にする。このために40×40mmの表面上に最近のカラーCCD
チップは約10×10μmのピクセルサイズを有する約3000×3000ピク
セルを提供する。研究の水準は相応のCCDチップでは約4000×6000ピ
クセルを有する。シグナル検出は一瞬のうちに全てのピクセルに関して同時に実
施される。同時にCCDチップ技術の記載される適用に関しても大きな成長電位
が生じ、支持体中の10個の個々の反応領域の並行な検出が技術的に実現でき
る。これによって市販のシステムの時間のかかるスキャンプロセスが回避され、
かつ正味の測定時間は最小限に削減され、この測定時間は別のプロセス工程と比
較すると完全にとるに足らないものである。
5.4 Parallel CCD Chip Detection Measuring the light signal of all reaction areas “at once” requires a high resolution CCD
A permanently increasing voltage of the camera is used. This allows the detection of all light signals for reaction detection or hybridization detection in a single measurement process. For this purpose, a modern color CCD on a 40 × 40 mm surface
The chip provides about 3000 × 3000 pixels with a pixel size of about 10 × 10 μm. The level of research has about 4000 × 6000 pixels for a corresponding CCD chip. Signal detection is performed simultaneously for all pixels in an instant. At the same time cause significant growth potential with regard applications described in the CCD chip technology, parallel detection of 10 6 individual reaction regions in the support it can be realized technically. This avoids the time-consuming scanning process of commercial systems,
And the net measurement time is reduced to a minimum, which is completely insignificant when compared to other process steps.

【0081】 生じるデータ量の加工は現代のコンピュータシステムの性能の発展と同時に価
格破壊によって問題なく可能である。
The processing of the resulting data volume is possible without problems due to price destruction at the same time with the development of the performance of modern computer systems.

【0082】 5.5 光学系を使用しない直接検出 光学系を使用しないでCCDチップによって光シグナルを直接検出することは
実質的に低いエネルギー量の利点を有し、このエネルギー量はミスのない検出の
ために光を必要とする。かかる配置は(別の文脈で試験されて)光学系を有する
比較可能な配置の励起光量の10%を使用するに過ぎない。別の表現では、光学
系は光エネルギーの90%を消費する。僅かな光強度によって、支持体(通路の
周囲)中での望ましくない散乱作用が、使用される光源の場合により必要な冷却
と同様に著しく低減される。更に光学系の排除は大きなスペースの節約ならびに
検出装置のための製造費用の低減を意味する。
5.5 Direct detection without optics Direct detection of the light signal by a CCD chip without optics has the advantage of a substantially lower energy content, which can be detected without errors. Need light for Such an arrangement (tested in another context) uses only 10% of the excitation light of a comparable arrangement with optics. In other words, the optical system consumes 90% of the light energy. Due to the low light intensity, undesired scattering effects in the support (around the passage) are significantly reduced, as is the cooling required for the light source used. Furthermore, the elimination of the optics means a large space saving and a reduction in the manufacturing costs for the detection device.

【0083】 高価な、スキャナーにおいて必要とされる支持体のための運動装置または検出
装置は、同様に完全に排除される。CCDチップの規定の寸法(数cm)は適
度な通路サイズ(10〜100μmの範囲)を有する非常に多くの並行な通路の
使用を可能にする。
[0083] Expensive, motion or detection devices for the support required in the scanner are likewise completely eliminated. The defined dimensions of the CCD chip (several cm 2 ) allow the use of a large number of parallel paths with a reasonable path size (range 10-100 μm).

【0084】 5.6 ディスポーサブルな支持体 これらの支持体は一回のディスポーサブル(使い捨てチップ)として仕上げる
こともできる。原則的にガラスチップ、シリコンチップ、金属チップ、セラミッ
クチップまたはプラスチックチップ(廉価な射出成形法)ならびに別の実施法も
可能である。
5.6 Disposable Supports These supports can also be finished as a single-use disposable tip. In principle, glass chips, silicon chips, metal chips, ceramic chips or plastic chips (inexpensive injection molding methods) and other implementations are also possible.

【0085】 別の技術のバイオチップは同様に僅かな測定のためのディスポーサブルとして
解釈される。しかしながらここではチップの高価な製造に基づいて、たいてい1
回もしくは数回の測定だけの後にチップを使い捨てることに対して非常に高い費
用が報告されている。
Another technology biochip is similarly interpreted as a disposable for small measurements. However, here, based on the expensive manufacture of chips,
Very high costs have been reported for disposable tips after only one or a few measurements.

【0086】 5.7 使用のフレキシビリティー 迅速かつ廉価な製造は個々の使用の多様性を可能にする。この使用に関しては
、例えばインターネットにおける配列バンクおよび遺伝子データバンクを考慮し
て集中的にオリゴヌクレオチドアレイの合成が意図される。
5.7 Flexibility of Use Fast and inexpensive manufacture allows for a variety of individual uses. With regard to this use, the synthesis of oligonucleotide arrays is intended in a centralized manner, taking into account, for example, sequence banks and gene data banks on the Internet.

【0087】 1つの何重にも巻かれ、または螺旋形態を有する通路の使用によってハイブリ
ダイゼーションは(緩慢な)貫流で達成され、稀な出来事(例えば稀な測定遺伝
子)の検出を可能にする。同時にクロマトグラフィーの原理をDNAアレイ技術
に導入した。
Hybridization is achieved with (slow) flow-through by the use of a single, multiply-wound or spiral-shaped passage, allowing the detection of rare events (eg rare measurement genes). At the same time, the principle of chromatography was introduced into DNA array technology.

【0088】 合成構成成分としてのジヌクレオチド、トリヌクレオチドまたはより長いオリ
ゴヌクレオチドの使用によって、更なる製造時間の短縮を達成できる。とりわけ
、より単純なアレイに関しては合成装置を直接顧客側で使用でき、かつ更にアレ
イの組成を最終的に個別化できる。
[0088] Further reductions in production time can be achieved by the use of dinucleotides, trinucleotides or longer oligonucleotides as synthetic components. In particular, for simpler arrays, the synthesizer can be used directly on the customer side, and furthermore, the composition of the array can ultimately be individualized.

【0089】 技術の大きな順応性は認識に関しても、各個人の遺伝子が非常に著しく異なり
、結果として全ての種に関する一般的な遺伝子カタログに当てはめられることが
重要である。支持体は、例えば第1の測定周期において、インターネットで自由
に入手できるか、または分類学にのみ専門に調達される塩基データを個々の患者
の差異によって合わせる能力および、結果から被験者に実際の試験を適合させて
実施する相応の第2のDNAアレイを形成する能力が開かれる。
The great adaptability of the technology is also important with regard to recognition, in that each individual's genes differ very significantly, and as a result fit into the general gene catalog for all species. The support has the ability to match the base data, which is freely available on the Internet or exclusively sourced for taxonomy only, for example in the first measurement cycle, by individual patient differences and from the results the actual test to the subject This opens up the ability to form a corresponding second DNA array.

【0090】 本発明による溶液はペプチド配列の合成のためにも複数の通路中で使用できる
。これによって多数の使用のために非常に複雑かつ同時に廉価なペプチドアレイ
が提供される。
The solution according to the invention can also be used in multiple channels for the synthesis of peptide sequences. This provides a very complex and simultaneously inexpensive peptide array for multiple uses.

【0091】 6. 本発明の幾つかの態様による展望 6.1 支持体の変型 支持体の造形と同様の構成において、多数の変型が存在する。検出装置の表面
上の支持体における通路の配置において、ただ1つの通路も多数の並行な通路の
配置と同様に想定されうる。こうして25×37mmの1つの表面上に製造技術
的に問題なく37mmの長さおよびそれぞれ750個の反応領域を有する500
個の通路(従来技術:900nmの直径を有する500個の並行な毛管)を配置
できる。同数の反応領域(500×750=375000)が約20m長を有す
る単一のコイル状通路中にも収納することができる。
[0091] 6. Perspectives According to Some Aspects of the Present Invention 6.1 Support Variations In a configuration similar to support shaping, a number of variations exist. In the arrangement of the passages in the support on the surface of the detection device, a single passage can be envisaged as well as an arrangement of multiple parallel passages. A 500 mm having a length of 37 mm and 750 reaction zones each on a single 25 × 37 mm surface without problems in terms of manufacturing technology.
Passages (prior art: 500 parallel capillaries with a diameter of 900 nm). The same number of reaction zones (500 × 750 = 375000) can be accommodated in a single coiled passage having a length of about 20 m.

【0092】 1つだけの通路の利点はアレイの全ての測定点に試料が存在することにあり、
従って稀な成分の探索のために特に適当である。多数の並行な通路は、支持体の
合成での製造時間が使用物質および通路の多重使用ならびに全ての流動プロセス
によって最少化できるという利点を有する。従って通路配置は支持体合成ならび
に各試料中の十分な数の分析物のコピーによる全ての分析のために有利である。
The advantage of only one passage is that the sample is present at every measurement point in the array,
Therefore, it is particularly suitable for searching for rare components. The large number of parallel passages has the advantage that the production time in the synthesis of the support can be minimized by the multiple use of the materials used and the passages and by all the flow processes. The passage arrangement is therefore advantageous for support synthesis as well as for all analyzes with a sufficient number of copies of the analyte in each sample.

【0093】 両者の利点を1つの支持体で使用するために、試料投与の通路が単一の長い微
小通路からのみなっているにもかかわらず使用物質を、支持体合成の際に複数の
通路への入口に並行に取り付け部品によって導入する。この効果は支持体または
機器成分への弁の導入によっても実施できる。従ってバイアコア(Biacore)社
は2成分から成る射出成形チップに流動的に制御可能な弁を、複数の通路の下部
からチップの上側に押圧し、こうして複数の通路を閉鎖するメンブレンによって
実現した。
In order to use the advantages of both in one support, the material to be used may be divided into multiple passages during the synthesis of the support, even though the passage for sample administration consists of only a single long micropassage. Introduced by fittings in parallel to the entrance to the. This effect can also be implemented by introducing a valve into the support or instrument component. Accordingly, Biacore has realized a valve that is fluidly controllable on a two-part injection-molded chip by means of a membrane which presses from below the plurality of passages to above the chip, thus closing the plurality of passages.

【0094】 検出表面上での通路のための配置として、多数の構造および微小通路の経路が
可能である。流動プロセスの高い並行性のために、例えば並行または“コイル状
”の構造が容易である。この場合、複数の通路の分配はデュアル原理に基づいて
実施する。これはそれぞれの通路から2つの新たな通路が生じ、かつ全ての通路
が同じ長さであることである。このように10分割によって既に210=204
8個の通路に達する。コイル状の配置は、該配置が僅かな乱流性の流動プロセス
を有し、より良好に清浄されうるという利点がある。これらの大きな欠点は、3
次元において上下に実施せねばならない供給もしくは排出であり、これは製造技
術および光学的にむしろ都合が悪い。
Numerous structures and micro-passage paths are possible as arrangements for the passage on the detection surface. Due to the high parallelism of the flow process, for example, parallel or "coiled" structures are easy. In this case, the distribution of the plurality of passages is performed based on the dual principle. This means that two new paths result from each path and that all paths are of the same length. In this way, 2 10 = 204 has already been obtained by dividing into ten.
Reach eight passages. The coiled arrangement has the advantage that the arrangement has a slightly turbulent flow process and can be better cleaned. These major disadvantages are:
A supply or discharge that must be carried out up and down in dimensions, which is rather inconvenient in manufacturing technology and optically.

【0095】 支持体の材料としては、例えばガラス、シリコン、セラミック、金属および/
またはプラスチックが可能である。構築は2層で、例えば接着またはボンドによ
って互いに接して構成されるか、またはされないで行われる。この場合、通路の
構造は片側でのみか、または両側もしくは半分でもたらされることがある。この
ために製造方法としては、とりわけレーザーまたは精密フライスを使用できる。
射出成形が特に廉価であり、これは十分な質で製造可能である。他の方法はLI
GA技術または熱成形である。
As the material of the support, for example, glass, silicon, ceramic, metal and / or
Or plastic is possible. The construction is done in two layers, with or without contact with each other, for example by gluing or bonding. In this case, the structure of the passage may be provided on one side only, or on both sides or half. For this purpose, laser or precision milling can be used as a production method, among others.
Injection molding is particularly inexpensive and can be manufactured with sufficient quality. Another method is LI
GA technology or thermoforming.

【0096】 6.2 支持体合成 支持体アレイ中の反応領域上に個々の捕捉レセプタ、例えばオリゴを合成する
ためには原則的に2つの可能性がある。顧客は製造者から完成した支持体を固定
化された塩基配列を選択して入手するか、または合成装置中で自己選択的な配列
を未標識支持体上に合成する。相応の配列に関連する情報は、例えばインターネ
ット中のデータバンクから得ることができ、これらの情報はここでは自由にか、
または支持体の製造者によって特別にも提供される。
6.2 Support Synthesis There are in principle two possibilities for synthesizing individual capture receptors, such as oligos, on reaction areas in a support array. The customer obtains the completed support from the manufacturer by selecting the immobilized base sequence, or synthesizes a self-selective sequence on the unlabeled support in a synthesizer. Information relating to the corresponding sequence can be obtained, for example, from a databank on the Internet, and this information is free here,
Or provided specially by the manufacturer of the support.

【0097】 6.2.1 合成装置 合成装置は、適当な光源から構成され、該光源は支持体アレイ中の反応領域を
レセプタ、例えば塩基または塩基配列の合成の際に支持体表面上もしくは通路壁
上で位置特異的に高度な精度および正確な解像度で照射する。既に4.4で言及
したように、照射はプログラム可能な光源マトリクスによって実施することもで
きる。ホトリソグラフィー装置を使用するときには、Siウェハの光活性エッチ
ングに関する半導体チップ製造でのように使用できる。
6.2.1 Synthesizer The synthesizer consists of a suitable light source, which reacts the reaction area in the support array with a receptor, for example a base or a base sequence during the synthesis of a base or base sequence. Illuminate with high precision and precise resolution on a wall in a position-specific manner. As already mentioned in 4.4, irradiation can also be performed by a programmable light source matrix. When using a photolithographic apparatus, it can be used as in semiconductor chip production for photoactive etching of Si wafers.

【0098】 6.2.2 製造機による完成した支持体の合成 完成した支持体の製造の際に製造機による合成を実施する。このためには相応
して効率のよい合成装置が必要であり、該装置はできる限り長いオリゴ(3以上
の塩基長)を使用物質として使用し、該物質は複数の通路中に並行に導入(射出
)され、こうして1つの支持体あたりの製造時間は短縮される(多重使用性)。
この場合、支持体中に特定の入口を提供することができ、その意図によりできる
限り多数の並行かつそれにより短い通路が得られ、それには左右されずに分析プ
ロセスのための通路構造が提供される。
6.2.2 Synthesis of the Completed Support by the Manufacturing Machine The synthesis by the manufacturing machine is carried out during the manufacture of the finished support. This requires a correspondingly efficient synthesizer, which uses as long as possible oligos (3 or more bases in length), which are introduced in parallel in a plurality of passages ( Injection), thus reducing the production time per support (multi-use).
In this case, a specific inlet can be provided in the support, the intention of which is to provide as many parallel and thereby short passages as possible, without providing a passage structure for the analytical process. You.

【0099】 6.2.3 支持体中の使用物質 支持体の迅速な合成次第ではなく、個々のアレイの構成が重要である使用のた
めに、使用物質(G、A、C、Tおよびバッファー等)の準備は支持体において
直接的に相応の貯蔵所において可能である。余計な使用物質は相応する支持体中
の部屋に収容させねばならない。かかる部屋の容量は上下への3次元的な拡大に
よって問題なく全通路容量の何倍までも設計できる。支持体の変型の使用は特に
研究所のために想定されうるが、小さなエッチング実施のためにも想定される。
6.2.3 Materials Used in the Support For uses where the construction of the individual arrays is important, not depending on the rapid synthesis of the support, the materials used (G, A, C, T and buffers) Preparations are possible directly on the support in a corresponding storage. The extra material used must be accommodated in a room in the corresponding support. The capacity of such a room can be designed to be many times larger than the total passage capacity without any problem by three-dimensional expansion up and down. The use of a variant of the support can be envisaged especially for a laboratory, but also for small etching implementations.

【0100】 この場合、毛管力の原理は可能な変型において直接的に支持体中での液体輸送
のために使用できる。どのような機構もなく、使用物質ならびに試料による毛管
の充填は支持体中の弁の容易な調節によって実施できる。“廃棄物部屋”は適当
なフリース物質の埋込によって促進された吸収作用が働く。必要な液体量の最少
化を達成するために、回収されないストリームの排出(循環されず、従って使用
物質が再使用されない)の際に、常に変わらない長さの毛管を顧慮するべきであ
る。これは同様に毛管力の機能に関するポンプとして重要である。
In this case, the principle of capillary force can be used for liquid transport in the support directly in a possible variant. Without any mechanism, the filling of the capillary with the substance used and the sample can be carried out by easy adjustment of the valves in the support. The "waste room" has an absorption effect facilitated by the embedding of a suitable fleece material. To achieve the minimization of the required liquid volume, a constant length of capillary should be taken into account during the discharge of the unrecovered stream (not circulated and therefore the material used is not reused). This is also important as a pump for the function of capillary forces.

【0101】 他の変型は平坦な支持体の鉛直の調節であるので、支持体中の液体輸送のため
に重力も使用できる。これらの力が支持体中の全ての必須の液体輸送を実現する
ために十分でない場合、別の適当なポンプ機構を提供することができる。この可
能性は(支持体中に組み込まれた)電極または支持体の外部(古典的なポンプ)
からの相応する力作用による支持体の部屋の容量低下による液体の電気泳動的な
運動である。
Since another variation is the vertical adjustment of a flat support, gravity can also be used for liquid transport in the support. If these forces are not sufficient to achieve all the required liquid transport in the support, another suitable pumping mechanism can be provided. This possibility is due to electrodes (incorporated in the support) or external to the support (classical pump)
Electrophoretic movement of the liquid due to a reduction in the volume of the support chamber due to a corresponding force action from the liquid.

【0102】 6.2.4 合成装置中の使用物質 貯蔵容器中での支持体合成のための使用物質の調製は原則的に完成した塩基配
列および並行な通路の多重使用の利点を提供する。それ故これらの(超)高処理
量スクリーニングおよび支持体製造機のための変法は推奨に価する。多重使用は
支持体との接点で行われる。ここでは各合成周期のために特定の塩基配列が別の
通路を湿潤させる。技術的に高価であるが、場合により確かな方法は相応する弁
システムによる装置中での多重使用である。ここでは種々の塩基配列の使用によ
り生じうる置き換えを顧慮すべきである。
6.2.4 Use Materials in the Synthesizer The preparation of the use materials for the synthesis of the support in a storage vessel offers in principle the advantages of the complete sequence and the multiple use of parallel pathways. Therefore, these (ultra) high throughput screening and variants for the support maker are worthy of recommendation. The multiple use takes place at the point of contact with the support. Here, a particular base sequence wets another passage for each synthesis cycle. A technically expensive, but sometimes reliable, method is the multiple use in a device with a corresponding valve system. Here, consideration should be given to possible substitutions caused by the use of various base sequences.

【0103】 顧慮せねばならない他の点は、個々の通路の出口で過剰の材料を収容し、除去
することである。ここでは循環(分離された材料の再利用)も分離された使用物
質の除去も想定されうる。
Another point that must be taken into account is to contain and remove excess material at the exit of the individual passages. Here, both circulation (reuse of the separated materials) and removal of the separated used substances can be envisaged.

【0104】 6.3 分析物の測定 核酸配列の分析は、別のオリゴヌクレオチドアレイにおけるように試料材料中
の核酸の、固定化されたオリゴヌクレオチド下に相補的なストランドへのハイブ
リダイゼーションによって実施する。
6.3 Analyte Determination Analysis of nucleic acid sequences is performed by hybridization of nucleic acids in the sample material, as in another oligonucleotide array, to strands complementary under the immobilized oligonucleotides. .

【0105】 支持体の他の可能な使用としては、ペプチド配列を複数の通路中で、同様にイ
ンサイチュー合成原理によってカップリングさせることができる。かかるペプチ
ドは多様かつ部分的に極めて特異的な、ペプチド、タンパク質および他の物質と
の結合反応可能であるので、潜在的な分析物の範囲は著しく拡張できる。
As another possible use of the support, the peptide sequence can be coupled in multiple passages, also by the principle of in situ synthesis. The range of potential analytes can be significantly expanded because such peptides are capable of binding reactions with peptides, proteins and other substances that are diverse and partially highly specific.

【0106】 支持体における合成は多数の使用のために、まず極めて並行であり、かつ同時
に廉価のペプチドアレイを提供する。
The synthesis on the support first provides a highly parallel and inexpensive peptide array for multiple uses.

【0107】 6.3.1 分析物 分析物のための例は核酸(DNA、RNA、特殊なケースではPNA)である
。これらの核酸は全ゲノム、その断片、染色体、プラスミドまたは合成源(例え
ばcDNA)から得られる。1つの実施態様において、試料材料はヒトゲノムに
由来する。
6.3.1 Analyte An example for an analyte is a nucleic acid (DNA, RNA, in special cases PNA). These nucleic acids can be obtained from the whole genome, fragments thereof, chromosomes, plasmids or synthetic sources (eg cDNA). In one embodiment, the sample material is from the human genome.

【0108】 更なる分析物のための例は、全ての出現形、例えばホルモン、成長因子、酵素
、腫瘍抗原、血清因子、抗体のタンパク質、ポリペプチドおよびペプチド、炭化
水素、例えば種々の食料または農作物中の糖、機能的な糖、ポリマーおよび別の
有機分子、例えばdrugs of abuse’、薬物、代謝物、アミノ酸、伝
達物質、化学殺虫剤、殺虫剤、塗料、種々の毒物等である。
Examples for further analytes are all forms of appearance, such as hormones, growth factors, enzymes, tumor antigens, serum factors, proteins, polypeptides and peptides of antibodies, hydrocarbons, such as various foods or crops Sugars, functional sugars, polymers and other organic molecules, such as drugs of abuse ', drugs, metabolites, amino acids, transmitters, chemical pesticides, pesticides, paints, various poisons, and the like.

【0109】 6.3.2 固定化された相互作用パートナー(レセプタ)への結合のための変
法 レセプタへの分析物の結合は核酸においては相補的な核酸、例えば高分子、例
えばcDNA、合成オリゴヌクレオチド、PNA、RNAのハイブリダイゼーシ
ョンによって実施できる。レセプタとしてのペプチド、例えば合成ペプチドまた
は天然ペプチドはタンパク質−タンパク質相互作用またはタンパク質−核酸相互
作用によって分析物と結合できる。
6.3.2 Variant for Binding to an Immobilized Interaction Partner (Receptor) The binding of an analyte to a receptor is complementary in nucleic acid to nucleic acids, eg macromolecules, eg cDNA, synthetic. It can be performed by hybridization of oligonucleotide, PNA, and RNA. Peptides as receptors, such as synthetic or natural peptides, can bind to the analyte by protein-protein or protein-nucleic acid interactions.

【0110】 6.3.3 シグナル発生のための変法 シグナル発生のための2つの原理が有利に使用される。すなわち:事前にまた
は反応中に標識された分析物の直接的な検出(有利にはハイブリダイゼーション
による核酸分析の方法)ならびに分析物もしくはターゲット配列の標識されたス
タンダードによる競合による間接的な検出。第1の変法は幾つかの使用のために
、例えば血清成分の診断のために良好に確立されているが、むしろ不適当であり
、ペプチドアレイを使用して支持体においても可能である。そのため第2の変法
は使用に関しては有利であり、更に該方法は原則的にユーザーによる試料調製を
可能にする。
6.3.3 Variants for Signal Generation Two principles for signal generation are advantageously used. That is: direct detection of the labeled analyte before or during the reaction (preferably a method of nucleic acid analysis by hybridization) and indirect detection of the analyte or target sequence by competition with a labeled standard. The first variant is well established for some uses, for example for the diagnosis of serum components, but is rather unsuitable and is also possible on supports using peptide arrays. The second variant is therefore advantageous in terms of use, and it also allows the user to prepare the sample in principle.

【0111】 直接の検出は吸光測定のための色素、蛍光色素による分析物の標識、リポータ
ー酵素による分析物の標識、引き続きの反応(例えば化学発光または生体発光)
、結合された分析物の選択的な標識、例えば挿入された(蛍光)色素、二本鎖結
合したタンパク質または二本鎖結合した抗体または結合した分析物の第2の成分
による二次的な検出、例えばPNA−DNAハイブリッドにおいてはDNA特異
的抗体により実施できる。標識されたスタンダードとしては酵素結合したスタン
ダード(例えばアルカリ性ホスファターゼ、ペルオキシダーゼ等による化学発光
および生体発光)または(蛍光)色素結合したスタンダードが使用できる。タン
パク質スタンダードはリポーター酵素(前記参照)または自己蛍光性タンパク質
(例えばGFP)との融合タンパク質として、例えば組み換え抗体、タンパク質
−ホルモン、成長因子等のために使用できる。
Direct detection involves dyes for absorbance measurement, labeling of the analyte with a fluorescent dye, labeling of the analyte with a reporter enzyme, and subsequent reactions (eg, chemiluminescence or bioluminescence).
Secondary detection of the bound analyte by selective labeling, eg, an inserted (fluorescent) dye, a double-stranded protein or a double-stranded antibody or a second component of the bound analyte. For example, in the case of a PNA-DNA hybrid, it can be carried out using a DNA-specific antibody. As the labeled standard, an enzyme-linked standard (for example, chemiluminescence and bioluminescence by alkaline phosphatase, peroxidase, etc.) or a (fluorescent) dye-conjugated standard can be used. Protein standards can be used as fusion proteins with reporter enzymes (see above) or autofluorescent proteins (eg, GFP), eg, for recombinant antibodies, protein-hormones, growth factors, and the like.

【0112】 6.4 試料材料の調製 試料材料の調製のために、同様にまた種々の変法が存在する。本体の検出のた
めに調製の方法は重要ではない。それというのも接点において常に液体中に溶解
されたDNA断片が目的とされる調査に十分な量で調製されるからである。
6.4 Preparation of sample material There are also various variants for the preparation of sample material. The method of preparation is not critical for detection of the body. This is because the DNA fragments always dissolved in the liquid at the contact point are prepared in an amount sufficient for the intended investigation.

【0113】 6.4.1 外部の試料調製 試料調製は分離された分析系において研究室で手動によってか、または同一系
に統合された調製装置中で実施できる。検出準備のできた試料を手動または自動
のピペッティングによるか、またはそれに匹敵する方法によって支持体中に導入
する。
6.4.1 External Sample Preparation Sample preparation can be performed manually in the laboratory on a separate analytical system or in a preparation device integrated into the same system. The sample ready for detection is introduced into the support by manual or automatic pipetting or by a comparable method.

【0114】 6.4.2 同じ支持体中での試料調製“オールインワン” まさに支持体合成において製造時間の短縮のために多重使用を使用する場合に
、同じどころかまたはより短い時間がレセプタ合成のために、例えばPCRによ
る試料のDNA増幅が不可避である場合に達成される。これによって合成システ
ムまたはそれどころか支持体へのPCRの統合は多くの使用のために合理的であ
る。
6.4.2 Sample Preparation in the Same Support “All-in-One” Just as when using multiple uses to reduce production time in support synthesis, the same, or shorter, time is required for receptor synthesis. This is achieved, for example, when DNA amplification of a sample by PCR is inevitable. This makes the integration of PCR into a synthetic system or even a support reasonable for many uses.

【0115】 時間集中的なPCRの他に、例えば良好に自動化された方法、例えば超音波ま
たは高圧によってDNA単離と同様に事前の細胞溶解を統合できる。
In addition to time-intensive PCR, prior cell lysis can be integrated as well as DNA isolation, for example by well-automated methods such as ultrasound or high pressure.

【0116】 6.5 検出装置 支持体アレイにおける検出反応のための光シグナルの選別は検出装置中で実施
すべきであり、その際、励起光源(光学的な検出のための蛍光、発光または吸光
)は光シグナル測定のためのCCDチップに直接的に向かい合って配置される。
支持体アレイは光源と検出チップの間に存在する(サンドイッチ型)。励起光源
としては照射マトリクスが考慮される。この装置の空間的配置は必要に応じて実
施できる(例えばチップにおける流動プロセスのための重力の使用)。できるだ
けコンパクトな型によって光の進路および必要な光の強度も低減される。高価な
位置集中的な光吸収性の高い光学系の使用は、励起面だけでなく検出面でも放棄
されるべきである。
6.5 Detection device The selection of the light signal for the detection reaction on the support array should be carried out in a detection device, wherein the excitation light source (fluorescence, emission or absorption for optical detection) ) Are placed directly opposite the CCD chip for measuring the light signal.
The support array is between the light source and the detection chip (sandwich type). An irradiation matrix is considered as the excitation light source. The spatial arrangement of the device can be performed as required (eg, using gravity for the flow process in the chip). The light path and the required light intensity are also reduced by the compact form as possible. The use of expensive position-intensive, highly light-absorbing optics should be abandoned not only on the excitation surface but also on the detection surface.

【0117】 6.5.1 ハイブリダイゼーションにおける温度 ハイブリダイゼーションにおける温度(目下のところ典型的には60℃の最も
新しい開発においても既に少量の塩を必要として25℃でハイブリダイゼーショ
ンを達成する)は検出装置中の相応する温度エレメントまたは励起光源もしくは
励起光によってそれだけで実施できる。支持体における温度エレメントは同様に
可能である。
6.5.1 Temperature at Hybridization Temperature at hybridization (currently typically in the most recent developments at 60 ° C. already requires a small amount of salt to achieve hybridization at 25 ° C.) It can be implemented by itself by means of a corresponding temperature element in the device or an excitation light source or excitation light. Temperature elements on the support are likewise possible.

【0118】 6.5.2 励起光源 励起光としては分析物の標識に応じて(吸光または蛍光等を介する検出法)、
ランプ(白色光)からの極めて並行な光、放電管からの極めて並行な光、極めて
並行な単色光、単色レーザー光線、レーザー線の拡大による平坦な照射、単色レ
ーザー線またはプログラム可能な光源マトリクスが該当する。
6.5.2 Excitation Light Source Excitation light may be selected depending on the label of the analyte (detection method via absorption or fluorescence).
Very parallel light from a lamp (white light), very parallel light from a discharge tube, very parallel monochromatic light, monochromatic laser beam, flat illumination by laser line expansion, monochromatic laser line or programmable light source matrix I do.

【0119】 場合により相応の光学的グリッドまたは相応する光学系が励起光源および支持
体アレイの間に存在してよい。
If appropriate, a corresponding optical grid or corresponding optics may be present between the excitation light source and the support array.

【0120】 6.5.3 CCDカメラ検出 検出装置は、有利には1つのCCDチップだけからなる。これらは目下、例え
ば25×37mmの表面上に約2000×3000ピクセルを有する(キャノン
)。25×37mmのこのような表面上に約20μmの直径を有する約500個
の並行な通路を配置するとき(1つ間隔のダブルピクセル列)、1つ間隔のダブ
ルピクセルだけを通路下で使用する場合に各通路に750個の測定点(領域)が
得られる。それと同時に単一の支持体上に375000個の反応領域を有し、そ
の際、各反応領域は4個のカラーピクセルもしくは12個の白黒ピクセルを覆い
、かつ20×20μmの表面を有する。光シグナルを光学的CCD上にできるだ
け密に発生させなければならず、これによって光シグナルおよび測定点の誤りの
ある割り当てをその特異的な塩基配列ならびに隣接した光シグナルの重なりによ
って遮断できる。さもなくば重なった領域のシリアルな検出を実施するか、また
は繊維光学エレメントが使用される。
6.5.3 CCD Camera Detection The detection device preferably consists of only one CCD chip. They currently have about 2000 × 3000 pixels on a 25 × 37 mm surface (Cannon). When arranging about 500 parallel passages with a diameter of about 20 μm on such a surface of 25 × 37 mm (single-spaced double-pixel column), only one double-spaced pixel is used under the passage. In each case, 750 measurement points (areas) are obtained for each passage. At the same time, there are 375000 reaction areas on a single support, where each reaction area covers 4 color pixels or 12 black and white pixels and has a surface of 20 × 20 μm. The light signal must be generated as densely as possible on the optical CCD, so that the erroneous assignment of the light signal and the measuring point can be interrupted by its specific base sequence and the overlap of adjacent light signals. Otherwise, a serial detection of the overlapping area is performed or a fiber optic element is used.

【0121】 提供される(現在のCCDチップ技術)相応する多数の測定値(0〜4096
のデジタル値の間の4×500×750=1.5Mioのカラーシグナルもしく
は4.5Mioの強度値)は検出される光シグナルの分析における広範囲の統計
を可能にするベースを形成する。生じるデータ量の加工は、現代のコンピュータ
システムの性能の発展と同時に価格破壊によって問題なく可能である。
Provided (current CCD chip technology) a corresponding number of measurements (0-4096)
4x500x750 = 1.5 Mio color signal or 4.5 Mio intensity value) form the basis that allows extensive statistics in the analysis of the detected light signal. The processing of the resulting data volume is possible without problems by price destruction at the same time with the development of the performance of modern computer systems.

【0122】 検出反応の検出は定性的かつ定量的な表現も行え、特にこの捕捉分子(アレイ
中に位置する)が付加パートナーを見いだし(例えば蛍光標識ラベルの使用)、
かつ捕捉分子クラスがハイブリダイゼーションパートナーを幾つであるか見いだ
す。
The detection of the detection reaction can also be qualitatively and quantitatively described, in particular when the capture molecule (located in the array) finds an additional partner (eg using a fluorescently labeled label).
And find out how many hybridization partners the capture molecule class has.

【0123】 場合により相応の光学的グリッドまたは相応の光学系は支持体アレイおよびC
CDカメラチップ間に存在していてよい。
If appropriate, a corresponding optical grid or a corresponding optical system may comprise a support array and C
It may be between the CD camera chips.

【0124】 CCDカメラもしくはCCDチップによる検出が十分なシグナルを生じない場
合、分析系における検出は別の高感度なセンサによっても実施できる。
If detection by a CCD camera or CCD chip does not produce a sufficient signal, detection in the analysis system can also be performed by another sensitive sensor.

【0125】 本発明に関してはドイツ国特許出願第19839254.0号明細書に記載の
ように検査装置の使用に関心がある。この検査装置は電子的に調節可能な光源マ
トリクス、すなわち光源マトリクスの方に向かい合っている光センサマトリクス
、すなわちCCDイメージレシーバーを有する。
In the context of the present invention, we are interested in the use of inspection devices as described in German Patent Application No. DE 198 39 254.0. The inspection device has an electronically adjustable light source matrix, ie a light sensor matrix facing the light source matrix, ie a CCD image receiver.

【0126】 この点に関してはユーザーはその支持体を自ら生産し、かつ直接使用すること
が想定される。ユーザーは重要なデータ(DNA配列)を容易にCD−ROMま
たはインターネットからロードでき、かつその照射マトリクスCCD装置におい
てその個々のDNAチップを製造し、これを引き続き試料で湿潤させ、かつシグ
ナルを選別する。
In this regard, it is envisaged that the user will produce the support himself and use it directly. The user can easily load important data (DNA sequences) from CD-ROM or the Internet, and manufacture the individual DNA chips in the illuminated matrix CCD device, which are subsequently wetted with the sample and the signals are sorted out. .

【0127】 前記の光活性のための配置中で、例えば1つ間隔のピクセルを測定する場合、
その間で通路の内部の投影にあるピクセルを永続的なプロセス制御のために使用
できる。そのために、例えば通路の2つの液体間に気泡を個々にかつ動的に流入
させてよい。またG、A、CおよびTのための支持体液の色が想定されるので、
正確なオリゴの存在を検査でき、かつ色変化は置き換えを信号化できる。引き続
いての検出において、再び位置特異的光励起および必要に応じて色特異的な光励
起を実施できる。これによって目下のところ存在しないような検出方法のための
全く新しい可能性が生じる。
In the above arrangement for photoactivity, for example, when measuring pixels at one interval,
In the meantime, the pixels in the projection inside the passage can be used for permanent process control. For this purpose, for example, bubbles may be individually and dynamically introduced between the two liquids in the passage. Also, since the colors of the support fluids for G, A, C and T are assumed,
The presence of the correct oligo can be checked, and the color change can signal the replacement. In subsequent detection, site-specific photoexcitation and, if necessary, color-specific photoexcitation can again be performed. This opens up entirely new possibilities for detection methods that currently do not exist.

【0128】 検査装置(照射マトリクス−CCD−装置)によって、支持体中の複数の通路
における流動プロセスは製造(つまりオリゴ合成)の間でも分析の間でも観察で
きる。このために、例えば清浄気泡は複数の通路中の2つの液体間で、または個
々の液体の着色を使用できる。
With the aid of an inspection device (irradiation matrix-CCD device), the flow process in the passages in the support can be observed both during production (ie oligo synthesis) and during analysis. For this purpose, for example, the cleaning bubbles can use a coloring of two liquids in a plurality of passages or of individual liquids.

【0129】 DNAオリゴの、支持体上または支持体中における合成の間の保護基の光誘導
性の分離のために、例えば360〜370nmの必要な波長を発生しかつ伝達す
る照射マトリクスが役に立つ。
For the photo-induced separation of the protecting groups during the synthesis of the DNA oligos on or in the support, irradiation matrices generating and transmitting the required wavelengths, for example from 360 to 370 nm, are useful.

【0130】 支持体中での検出反応の検出は、同様に検査装置中で実施できる。蛍光標識に
よる検出が実現される場合、このために場合により背景照明を切り換えねばなら
ず(自動的に可能である)、その際、光学フィルタおよび/またはガラス繊維エ
レメント(“テーパ(Taper)”)を使用することができる。ここでは場合によ
り新規の検出法も使用でき、これはまず極めてフレキシブルな個々の照射および
個々の反応領域の検出によって可能である。
The detection of the detection reaction in the support can likewise be carried out in a test device. If detection by means of fluorescent labels is realized, this requires that the background illumination be switched if necessary (automatically possible), with optical filters and / or glass fiber elements (“Taper”) Can be used. In some cases, novel detection methods can also be used here, which are possible firstly by extremely flexible individual irradiation and detection of individual reaction areas.

【0131】 互いのDNA鎖、RNA鎖およびPNA鎖の標準的ハイブリダイゼーションの
ために約55〜65℃の温度が必要である。最も簡単にはこの温度は照射マトリ
クスの照射エネルギーによって発生する(廃熱および波長)。これによって更な
る配置の小型化が可能である。
A temperature of about 55-65 ° C. is required for standard hybridization of the DNA, RNA and PNA strands to each other. Most simply, this temperature is generated by the irradiation energy of the irradiation matrix (waste heat and wavelength). This allows further miniaturization of the arrangement.

【0132】 8. 例示する実施態様 複数の通路におけるDNA分子の合成は標準的シントン、例えばホスホラミジ
ット(Phosphoramidit)成分の使用下に適当な保護基、例えばジメトキシメチル
(DMT)を伴って使用できる。固相にカップリングしたリンカーから始まって
、相応の液体DNA合成を実施できる。
[0132] 8. Illustrative Embodiments Synthesis of DNA molecules in multiple pathways can be used with a suitable protecting group, such as dimethoxymethyl (DMT), using a standard synthon, such as a Phosphoramidit component. Starting from a linker coupled to a solid phase, the corresponding liquid DNA synthesis can be performed.

【0133】 この水準を本発明による有利な実施態様のためにDNA合成の光依存性の制御
と組み合わせてよい。それに関して光依存性の脱保護を可能にする保護基は公知
であるので、主にシントンの5’炭素原子に結合している保護基は適当な波長の
光によって脱保護される。前記のように毛管中で18ヌクレオチド以上の長さの
核酸の合成が可能である。
This level may be combined with the light-dependent control of DNA synthesis for an advantageous embodiment according to the invention. Protecting groups which allow light-dependent deprotection in that regard are known, so that mainly those protecting the 5 'carbon atom of the synthon are deprotected by light of the appropriate wavelength. As described above, it is possible to synthesize a nucleic acid having a length of 18 nucleotides or more in a capillary tube.

【0134】 合成されたDNAオリゴマーの分離によって、適当なリンカーの使用によって
可能であるように、反応生成物は、例えば高性能液体クロマトグラフィー(HP
LC)によって分析できる。この場合、完全長の生成物の割合によって毛管DN
A合成の効率を示すことができる。
As is possible by the separation of the synthesized DNA oligomers and by the use of suitable linkers, the reaction products are, for example, high performance liquid chromatography (HP
LC). In this case, the capillary DN depends on the proportion of full-length product.
The efficiency of A synthesis can be shown.

【0135】 光依存性のDNA合成のために、支持体上の反応領域は位置特異的および/ま
たは時間特異的に適当な光源を使用して、例えば水銀蒸気灯、レーザー光(例え
ば373nmを有する窒素レーザー)またはUV−LEDで照射させる。同様に
、十分な高エネルギー線を有する光源も適当である。
For light-dependent DNA synthesis, the reaction area on the support is regiospecifically and / or time-specifically using a suitable light source, for example a mercury vapor lamp, laser light (eg having 373 nm). (Nitrogen laser) or UV-LED. Similarly, light sources with sufficiently high energy radiation are also suitable.

【0136】 図1は非常に簡略化した図における本発明による支持体を示している。FIG. 1 shows a support according to the invention in a very simplified illustration.

【0137】 図2は本発明による支持体中の通路配置のための例を示している。FIG. 2 shows an example for a passage arrangement in a support according to the invention.

【0138】 図3はプログラム可能な光源マトリクスおよびCCDマトリクスからなる検査
装置中の支持体の概略図を示している。
FIG. 3 shows a schematic diagram of a support in an inspection device consisting of a programmable light source matrix and a CCD matrix.

【0139】 図4は光に基づく統合された合成および分析の方法のための本発明による装置
の概略図を示している。
FIG. 4 shows a schematic diagram of an apparatus according to the invention for a light-based integrated synthesis and analysis method.

【0140】 図5は反応領域の液体の個別化のための図4からの構成を示している。FIG. 5 shows the arrangement from FIG. 4 for the individualization of the liquid in the reaction zone.

【0141】 図1は非常に簡略化した図における透明な支持体を示している。互いに平行に
走る通路、例えば37nmの長さを有する500個の通路が確認される。T、G
、A、Cによって個々の使用物質(塩基)のための貯蔵所が指示されている。3
によってガスの入口が指示されている。5は弁を示している。7は試料投入を示
しており、9は他の合成化学物質ならびに清浄液/洗浄液のための入口を示して
いる。
FIG. 1 shows the transparent support in a very simplified diagram. Paths running parallel to each other, for example 500 paths with a length of 37 nm are identified. T, G
, A, C indicate the storage for the individual substances used (bases). 3
Indicates the gas inlet. Reference numeral 5 denotes a valve. Numeral 7 indicates sample loading and 9 indicates an inlet for other synthetic chemicals as well as cleaning / washing solutions.

【0142】 図2においては選択的な通路配置のための更なる例を図示している。FIG. 2 shows a further example for selective passage arrangement.

【0143】 図3はプログラム可能な光源マトリクス、例えばLCDマトリクスおよびCC
D検出マトリクスからなる検査装置中の図1による支持体を示している。
FIG. 3 shows a programmable light source matrix such as an LCD matrix and a CC.
2 shows a support according to FIG. 1 in an inspection device comprising a D detection matrix.

【0144】 図4においては交換可能な支持体40を有する本発明による装置を表しており
、その際、根本的な構成は、支持体が各周期において交換可能であっても、また
は消耗してしまった場合であってもそれに依存しない。最終的な場合においては
、それ自体の通路の清浄および引き続いての再使用を実施する。30はプログラ
ム可能な光源マトリクスを示している。そのプログラム可能性は計算機もしくは
コンピュータから構成されるシステム成分20に組み入れられているので、1つ
のみの自由に装着可能な光源マトリクスを成分30として必要とする。この光源
マトリクス30は規定の波長および強度の光を少なくとも2次元のマトリクスの
任意の位置に照射する。該光源マトリクス30は支持体40における反応領域の
極めて並行な照射に役に立つ。上記の支持体40は光源マトリクス30によって
計算機制御されたエネルギー波からなる光パターンで全ての反応領域において個
別に照射される。液体の接続システム64を介して、液体モジュール60から調
製された液体が支持体40に輸送され、かつ図示されていない支持体の微小構造
中に適当な方法で反応領域に再伝達される。これによって支持体40は光学流体
マイクロプロセッサになる。これは各使用に応じて交換するか、または各使用に
応じて清浄して、消耗時の実用目的のためのみに交換できる。
FIG. 4 shows a device according to the invention with a replaceable support 40, the basic configuration being such that the support is replaceable or exhausted in each cycle. If you do, don't rely on it. In the final case, the cleaning and subsequent reuse of its own aisle is carried out. Reference numeral 30 denotes a programmable light source matrix. Since its programmability is built into a system component 20 consisting of a computer or a computer, only one freely attachable light source matrix is required as component 30. The light source matrix 30 irradiates light of a specified wavelength and intensity to an arbitrary position in at least a two-dimensional matrix. The light source matrix 30 serves for very parallel irradiation of the reaction area on the support 40. The support 40 is individually illuminated in all reaction regions with a light pattern composed of energy waves that is computer-controlled by the light source matrix 30. Via the liquid connection system 64, the liquid prepared from the liquid module 60 is transported to the support 40 and re-transmitted in a suitable manner into the support microstructure, not shown, to the reaction zone. This makes the support 40 an optical fluid microprocessor. It can be replaced for each use, or it can be cleaned for each use and replaced for practical purposes only when exhausted.

【0145】 入射光は、例えば光反応の活性化または蛍光の励起が使用される吸光測定のた
めに使用できる。
Incident light can be used, for example, for absorbance measurements where activation of a photoreaction or excitation of fluorescence is used.

【0146】 支持体40からか、もしくは光学流体マイクロプロセッサに入射する光は、例
えば通過光において光源マトリクス30の支持体を通過する光であってよい。し
かしながら、これは光シグナルであってよく、該シグナルは支持体40の個々の
反応領域で、例えば蛍光または発光を生じる。
Light incident from the support 40 or into the optofluidic microprocessor may be, for example, light passing through the support of the light source matrix 30 in transmitted light. However, this can be a light signal, which gives rise to, for example, fluorescence or luminescence at individual reaction areas of the support 40.

【0147】 例えば光学系を有するかまたは有さないCCDチップからなる検出マトリクス
50は光源マトリクス30と向かい合ってこれらの間にある支持体40を有して
、これによって3重のマトリクス配置が光マトリクス、支持体および検出マトリ
クスから構成されるように配置されている。
The detection matrix 50, for example, consisting of a CCD chip with or without optics, has a support 40 facing and between the light source matrix 30, so that a triple matrix arrangement is achieved with the light matrix. , A support and a detection matrix.

【0148】 液体モジュール60は反応支持体40の、例えば使用物質、保護ガス、化学物
質、例えば溶剤等および試料材料の供給のために役に立つ。液体モジュール60
はタンク61からなり、該タンクはポンプ62および弁63によって適当な方法
で空にされる。該タンクは個々にまたはまとめて交換されるか、または新しく充
填される。永続的に必要な液体、例えば保護ガスは導管によって連続的に(シス
テム中にタンクがない)供給できる。種々の方法の液体廃棄物は支持体40中の
組み込まれたタンク中にか、または廃棄物システム65中に、またはまとめて個
々のシステムの外部に受容させることができる。
The liquid module 60 serves for the supply of the reaction support 40, for example, for the use substances, protective gases, chemical substances, for example solvents and the like, and for sample material. Liquid module 60
Consists of a tank 61, which is emptied in a suitable manner by a pump 62 and a valve 63. The tanks can be replaced individually or collectively or refilled. Permanently required liquids, such as protective gas, can be supplied continuously (without tanks in the system) by conduits. The liquid waste of the various methods can be received in an integrated tank in the support 40, or in a waste system 65, or collectively outside the individual systems.

【0149】 同様に装置のシステムの境界10が表されている。該装置は個々の機器または
集中的または分散的なクラスターにおいて使用することもできる。これらのクラ
スターは常に情報技術的に互いに連結されている。一カ所にあるシステムは一緒
に手動操作または自動化された成分によってエネルギー、液体、例えば使用物質
、反応化学物質、保護ガスおよび試料材料ならびに必須の支持体を供給できる。
Similarly, the boundaries 10 of the system of the device are represented. The devices can also be used in individual instruments or in centralized or decentralized clusters. These clusters are always connected to each other by information technology. The one-point system can supply energy, liquids such as materials used, reactive chemicals, protective gases and sample materials, and essential supports, either manually or by automated components together.

【0150】 コンピュータまたは計算機の形態のシステム成分20はシステムの制御もしく
は調節を引き受けている。そこではプローブ配列もしくはレセプタ配列の計算に
基づいて個々の反応領域に関して光源マトリクス30ならびに液体成分60が制
御される。更に検出マトリクス50のデータが考慮されかつ評価される。
A system component 20, in the form of a computer or computer, is responsible for controlling or regulating the system. There, the light source matrix 30 and the liquid components 60 are controlled for the individual reaction zones based on the calculation of the probe array or the receptor array. Furthermore, the data of the detection matrix 50 is considered and evaluated.

【0151】 各装置は従って、そのシステム境界10を越えて別の装置また本発明による装
置からなる別のシステムまたは別の計算機またはデータベースと通信されていて
よい。これは、例えば導線、バスシステムまたはインターネットを介して行われ
てよい。この場合、通信はメイン計算機を介して集中的にか、または同等のシス
テムのクラスターとして行うことができる。同様にデータインターフェースはシ
ステム環境に予め備えられている。
Each device may therefore be in communication with another device or another system or another computer or database of devices according to the present invention across its system boundary 10. This may take place, for example, via wires, bus systems or the Internet. In this case, the communication can take place centrally via the main computer or as a cluster of equivalent systems. Similarly, the data interface is provided in the system environment in advance.

【0152】 図5は反応領域の液体の個別化のための図4からの構成を示している。41は
また支持体を示している。これは液体による脱保護モジュール32によってコン
ピュータ制御で個々に湿潤される。液体接続システム64を介して、液体モジュ
ール60から調製された液体を支持体に輸送し、かつ図示されていない支持体の
微小構造に適当な方法で反応領域に再伝達される。これによって支持体41は光
学流体マイクロプロセッサになる。これは各使用に応じて交換するか、または各
使用に応じて清浄し、かつ実用目的に消耗時に交換してもよい。
FIG. 5 shows the arrangement from FIG. 4 for the individualization of the liquid in the reaction zone. Reference numeral 41 also indicates a support. It is individually wetted under computer control by a liquid deprotection module 32. Via the liquid connection system 64, the liquid prepared from the liquid module 60 is transported to the support and is retransmitted to the reaction zone in a manner appropriate to the support microstructure not shown. This makes the support 41 an optical fluid microprocessor. It may be replaced for each use, or it may be cleaned for each use and replaced when worn for practical purposes.

【0153】 該支持体において、例えば上方および/または側方から蛍光反応等の励起のた
めの光が供給されてよい。
In the support, light for excitation such as a fluorescence reaction may be supplied from above and / or side.

【0154】 支持体からもしくは光学流体マイクロプロセッサに入射する光は、例えば反応
領域への照射によって発生させることができる。
Light incident from the support or into the optofluidic microprocessor can be generated, for example, by illuminating the reaction area.

【0155】 液体による脱保護モジュール32は支持体41上の各反応領域に少なくとも1
つの湿潤成分33(例えばノズル、キャピラリ等)で個々に液体を接触させるこ
とができる。これによって、例えば局所的に化学的および生化学的な反応を活性
化できる。
The liquid deprotection module 32 has at least one reaction region on each support 41.
The liquid can be brought into contact individually with the three wet components 33 (for example, nozzles, capillaries, etc.). This can, for example, locally activate chemical and biochemical reactions.

【0156】 液体モジュール31は使用物質または化学物質を有する液体による脱保護モジ
ュール32の供給に役立つ。液体モジュール31はモジュール60と同様に構成
され、かつ必要に応じてタンク、導管、弁などからなっている。
The liquid module 31 serves for the supply of the deprotection module 32 with a liquid having the use substance or the chemical substance. The liquid module 31 has the same configuration as the module 60, and includes a tank, a conduit, a valve, and the like as necessary.

【0157】 例えば光学系を有するかまたは有さないCCDチップから構成される検出マト
リクス50は液体による保護モジュール32と向かい合ってその間にある支持体
41を伴って、またこれによって3重のマトリクス配置が生じるように配置され
る。
The detection matrix 50, for example composed of a CCD chip with or without optics, has a support 41 facing and in between the protection module 32 by liquid, and thus a triple matrix arrangement. Arranged to occur.

【0158】 液体モジュール60は、例えば使用物質、保護ガス、化学物質、例えば溶剤な
どならびに試料材料での支持体41の供給に役立つ。液体モジュール60はタン
ク61から構成され、該タンクはポンプ62および弁63によって適当な方法で
空にする。該タンクは個々にかまたはまとめて交換するか、または新しく充填で
きる。永続的に必須の液体、例えば保護ガスは導管によって(システム中にタン
クがない)連続的に供給できる。種々の方法の液体の廃棄物は支持体41中で組
み込まれたタンクにおいて、または廃棄物システム65中で、またはまとめて個
々のシステムの外部に受容できる。
The liquid module 60 serves for supplying the support 41 with, for example, substances to be used, protective gases, chemicals, for example solvents, etc. as well as sample materials. The liquid module 60 comprises a tank 61, which is emptied in a suitable manner by a pump 62 and a valve 63. The tanks can be replaced individually or collectively, or can be refilled. Permanently required liquids, such as protective gas, can be supplied continuously by a conduit (no tank in the system). The liquid waste of the various processes can be received in tanks incorporated in the support 41 or in the waste system 65 or collectively outside the individual systems.

【0159】 また既に説明した装置のシステム境界10が示されており、かつシステム成分
20はシステムの制御もしくは調節を引き受けるコンピュータまたは計算機の形
で示されている。これにより個々の反応領域のためのプローブ配列の計算をベー
スとして液体モジュール31および60ならびに液体による脱保護モジュール3
2が制御される。更に検出マトリクス50のデータが考慮され、かつ評価される
The system boundaries 10 of the device already described are also shown, and the system components 20 are shown in the form of a computer or a computer that takes over the control or regulation of the system. This allows the liquid modules 31 and 60 and the liquid deprotection module 3 to be based on the calculation of the probe arrangement for the individual reaction areas.
2 is controlled. Furthermore, the data of the detection matrix 50 is considered and evaluated.

【0160】 それぞれの装置は従ってそのシステム境界10を越えて別の装置または本発明
による装置からなるシステムまたは別の計算機またはデータバンクと通信してい
てよい。これは、例えば導線、バスシステムまたはインターネットを介して行わ
れていてよい。この場合、通信はメイン計算機を介して集中的に行われ、または
同等のシステムのクラスターとして行われる。同様にデータインターフェース2
1はシステム環境に予め備えられている。
Each device may thus be in communication with another device or a system of devices according to the invention or another computer or data bank across its system boundary 10. This may take place, for example, via wires, bus systems or the Internet. In this case, the communication takes place centrally via the main computer or as a cluster of equivalent systems. Similarly, data interface 2
1 is provided in the system environment in advance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は非常に簡略化した図で本発明による支持体を示している。FIG. 1 shows a support according to the invention in a very simplified illustration.

【図2】 図2は本発明による支持体中の通路配置のための例を示している。FIG. 2 shows an example for a passage arrangement in a support according to the invention.

【図3】 図3はプログラム可能な光源マトリクスおよびCCDマトリクスからなる検査
装置中の支持体の概略図を示している。
FIG. 3 shows a schematic view of a support in an inspection device consisting of a programmable light source matrix and a CCD matrix.

【図4】 図4は光に基づく統合された合成および分析の方法のための本発明による装置
の概略図を示している。
FIG. 4 shows a schematic diagram of an apparatus according to the invention for a light-based integrated synthesis and analysis method.

【図5】 図5は反応領域の液体の個別化のための図4からの構成を示している。FIG. 5 shows the arrangement from FIG. 4 for the individualization of the liquid in the reaction zone.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 通路、 3 ガスの入口、 5 弁、 7 試料投入、 9 他の合成化
学物質ならびに清浄/洗浄液の入口、 10 システムの境界、 20 システ
ム成分、 21 データインターフェース、 30 光源マトリクス、 31
液体モジュール、 32 脱保護モジュール、 33 湿潤成分、 40、41
支持体、 50 検出マトリクス、 60 液体モジュール、 61 タンク
、 62 ポンプ、 63 弁、 64 液体の接続システム、 65 廃棄物
システム、 T、G、A、C 貯蔵所。
1 passage, 3 gas inlet, 5 valve, 7 sample input, 9 inlet of other synthetic chemicals and cleaning / washing liquid, 10 system boundary, 20 system components, 21 data interface, 30 light source matrix, 31
Liquid module, 32 Deprotection module, 33 Wet component, 40, 41
Support, 50 detection matrix, 60 liquid modules, 61 tanks, 62 pumps, 63 valves, 64 liquid connection systems, 65 waste systems, T, G, A, C repositories.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成12年12月4日(2000.12.4)[Submission date] December 4, 2000 (2000.12.4)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 37/00 102 C12N 15/00 A F (31)優先権主張番号 198 39 255.9 (32)優先日 平成10年8月28日(1998.8.28) (33)優先権主張国 ドイツ(DE) (31)優先権主張番号 199 07 080.6 (32)優先日 平成11年2月19日(1999.2.19) (33)優先権主張国 ドイツ(DE) (31)優先権主張番号 199 24 327.1 (32)優先日 平成11年5月27日(1999.5.27) (33)優先権主張国 ドイツ(DE) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AU,CA,J P,US (72)発明者 マンフレート ミュラー ドイツ連邦共和国 ミュンヘン ロイター シュトラーセ 76/ベー (72)発明者 フリッツ シュテーラー ドイツ連邦共和国 ヴァインハイム ゲッ セルヴェーク 15 (72)発明者 ハンス リントナー ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト フ ィールライヒヴェーク 27 Fターム(参考) 4B024 AA11 AA20 HA11 HA19 4B029 AA23 BB20 CC03 FA10 4B063 QA01 QA13 QQ42 QQ52 QR31 QR82 QS34 QX02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme court ゛ (Reference) G01N 37/00 102 C12N 15/00 AF (31) Priority claim number 198 39 255.9 (32) Priority Date August 28, 1998 (August 28, 1998) (33) Priority claim country Germany (DE) (31) Priority claim number 199 07 080.6 (32) Priority date February 19, 1999 (February 19, 1999) (33) Priority claim country Germany (DE) (31) Priority claim number 199 24 327.1 (32) Priority date May 27, 1999 (May 27, 1999) ( 33) Priority claim country Germany (DE) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), AU, CA, JP, US (72) Inventor Manfred Müller Germany Munich Reuters Strasse 76 / Bee (72) Inventor Fritz Steller Germany Weinheim Gösselweg 15 (72) Inventor Hans Lintner Germany Germany Schuttgart Wielleichweg 27 F term (reference) 4B024 AA11 AA20 HA11 HA19 4B029 AA23 BB20 CC03 FA10 4B063 QA01 QA13 QQ42 QQ52 QR31 QR82 QS34 QX02

Claims (38)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 以下の工程、 (a)少なくとも1つの通路を有する支持体を準備する工程、 (b)支持体の1つ以上の通路を通してポリマーレセプタの合成のための成分を
有する液体を導く工程、 (c)1つ以上の通路におけるそれぞれの予め規定された位置にレセプタ成分を
位置特異的および/または時間特異的に固定化する工程、 (d)所望のレセプタがそれぞれの予め規定された位置に合成されるまで工程(
b)および(c)を繰り返す工程 を含む、分析物の測定のための支持体の製造方法。
1. A step of: (a) providing a support having at least one passage; and (b) directing a liquid having components for the synthesis of a polymer receptor through one or more passages of the support. (C) immobilizing the receptor component at each predefined location in one or more passages in a position-specific and / or time-specific manner; (d) the desired receptor is defined at each predefined location. Process until it is synthesized at the position (
A method for producing a support for measuring an analyte, comprising the steps of repeating b) and (c).
【請求項2】 それぞれ同一のレセプタ種を有する規定の表面領域を有する
支持体を製造する、請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein a support is produced having defined surface areas each having the same receptor type.
【請求項3】 少なくとも1つの支持体表面上に複数の通路が配置されてい
る、請求項1または2記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein a plurality of passages are arranged on at least one support surface.
【請求項4】 支持体が、有利には互いに並行に配置されている多数の通路
を有する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
4. The method as claimed in claim 1, wherein the support has a plurality of passages, which are preferably arranged parallel to one another.
【請求項5】 レセプタを核酸および核酸類似体から選択する、請求項1か
ら4までのいずれか1項記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the receptor is selected from nucleic acids and nucleic acid analogues.
【請求項6】 レセプタ成分をヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、ヌクレ
オチド類似体およびオリゴヌクレオチド類似体から選択する、請求項5記載の方
法。
6. The method according to claim 5, wherein the receptor component is selected from nucleotides, oligonucleotides, nucleotide analogs and oligonucleotide analogs.
【請求項7】 レセプタをポリペプチドから選択する、請求項1から4まで
のいずれか1項記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the receptor is selected from a polypeptide.
【請求項8】 レセプタ成分をアミノ酸およびペプチドから選択する、請求
項7記載の方法。
8. The method according to claim 7, wherein the receptor component is selected from amino acids and peptides.
【請求項9】 レセプタ成分の位置特異的および/または時間特異的な固定
化を照射によって実施する、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
9. The method according to claim 1, wherein the position-specific and / or time-specific immobilization of the receptor component is carried out by irradiation.
【請求項10】 照射をプログラム可能な光源マトリクスによって実施する
、請求項9記載の方法。
10. The method according to claim 9, wherein the illumination is performed by a programmable light source matrix.
【請求項11】 レセプタ成分の位置特異的および/または時間特異的な固
定化を、活性化された位置の制御可能な選択下に活性化された液体での湿潤によ
って実施する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
11. The method according to claim 1, wherein the position-specific and / or time-specific immobilization of the receptor component is carried out by wetting the activated position with an activated liquid under controllable selection of the activated position. The method according to any one of the preceding claims.
【請求項12】 ポリマーレセプタのパターンをコンピュータプログラムに
よって規定する、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
12. The method according to claim 1, wherein the pattern of the polymer receptor is defined by a computer program.
【請求項13】 支持体を試料中の分析物の測定のために使用する、請求項
1から12までのいずれか1項記載の方法。
13. The method according to claim 1, wherein the support is used for measuring an analyte in a sample.
【請求項14】 以下の工程、 (a)支持体を準備する工程、 (b)ポリマーレセプタを合成するためにレセプタまたは成分を含有する液体を
支持体上に導く工程、 (c)支持体上のそれぞれの予め規定された位置にレセプタまたはレセプタ成分
を位置特異的および/または時間特異的に固定化する工程、 (d)場合により所望のレセプタが支持体上のそれぞれの予め規定された位置に
合成されるまで工程(b)および(c)を繰り返す工程、 (e)支持体を、分析物を含有する試料と接触させる工程、 (f)支持体上に固定化されたレセプタへの結合によって分析物を測定する工程
を含む、支持体上での統合された合成および分析測定のための方法。
14. The following steps: (a) preparing a support; (b) introducing a liquid containing a receptor or a component onto the support to synthesize a polymer receptor; (c) on a support Immobilizing the receptor or receptor component at each predefined location in a position-specific and / or time-specific manner, (d) optionally allowing the desired receptor to be located at each predefined location on the support. Repeating steps (b) and (c) until synthesized; (e) contacting the support with a sample containing the analyte; (f) by binding to a receptor immobilized on the support. A method for integrated synthesis and analytical measurement on a support, comprising the step of measuring an analyte.
【請求項15】 合成および分析測定を統合された装置中で実施し、その際
、合成プロセスおよび/または分析測定プロセスを支持体上の任意の数の位置に
おいて監視かつ調節する、請求項14記載の方法。
15. The method according to claim 14, wherein the synthesis and the analytical measurement are performed in an integrated device, wherein the synthesis and / or the analytical measurement process is monitored and adjusted at any number of positions on the support. the method of.
【請求項16】 プログラム可能な光源マトリクス、検出マトリクス、光源
マトリクスと検出マトリクス間に配置された支持体ならびに支持体中への液体の
供給のための手段および支持体からの液体の排出のための手段を含む、統合され
た装置を使用する、請求項15記載の方法。
16. A programmable light source matrix, a detection matrix, a support disposed between the light source matrix and the detection matrix, and a means for supplying liquid into the support and for discharging liquid from the support. 16. The method according to claim 15, wherein an integrated device is used, including means.
【請求項17】 測定後に再び分析物を支持体から除去する、請求項14か
ら16までのいずれか1項記載の方法。
17. The method according to claim 14, wherein the analyte is removed from the support again after the measurement.
【請求項18】 幾つかの合成/分析測定サイクルを実施し、その際、後続
のサイクルのためのレセプタを先行するサイクルからの情報に基づいて合成する
、請求項14から17までのいずれか1項記載の方法。
18. The method according to claim 14, wherein several synthesis / analysis measurement cycles are performed, wherein the receptors for the following cycles are synthesized on the basis of information from the preceding cycle. The method described in the section.
【請求項19】 先行のサイクルからのレセプタの伸長の後続のサイクルの
ために実施する、請求項18記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein the method is performed for a subsequent cycle of elongation of the receptor from a previous cycle.
【請求項20】 後続のサイクルのために先行するサイクルに対して変更さ
れたレセプタを有する新規の支持体を合成する、請求項18記載の方法。
20. The method of claim 18, wherein a new support having a receptor modified for a preceding cycle relative to a preceding cycle is synthesized.
【請求項21】 レセプタの変更を、配列の変更および/または先行するサ
イクルの陰性のレセプタを排除する、請求項20記載の方法。
21. The method of claim 20, wherein altering the receptor eliminates alterations in the sequence and / or negative receptors of the preceding cycle.
【請求項22】 平坦な支持体を使用する、請求項14から21までのいず
れか1項記載の方法。
22. The method according to claim 14, wherein a flat support is used.
【請求項23】 多数の通路を有する支持体を使用する、請求項14から2
1までのいずれか1項記載の方法。
23. The method according to claim 14, wherein a support having a plurality of passages is used.
The method according to any one of the preceding claims.
【請求項24】 合成/分析測定サイクルのために幾つかの支持体を使用す
る、請求項14から23までのいずれか1項記載の方法。
24. The method according to claim 14, wherein several supports are used for the synthesis / analytical measurement cycle.
【請求項25】 幾つかの支持体を、情報技術的に互いに接続されているが
、空間的には互いに隔離されていてよい種々の検出装置中で合成かつ分析する、
請求項24記載の方法。
25. Synthesizing and analyzing several supports in various detection devices which are connected to one another in information technology but may be spatially separated from one another.
The method according to claim 24.
【請求項26】 多数の通路、特に毛管通路を有する支持体を請求項13か
ら25までのいずれか1項記載の方法で分析物の測定のために使用し、その際、
複数の通路中には多数の種々のレセプタが固定化されている使用。
26. A support having a plurality of passages, in particular a capillary passage, is used for the determination of an analyte in the method according to claim 13, wherein
Use wherein a number of different receptors are immobilized in a plurality of passages.
【請求項27】 支持体が、少なくとも反応領域の範囲において光学的に透
過性である、請求項26記載の使用。
27. The use according to claim 26, wherein the support is optically transparent at least in the region of the reaction zone.
【請求項28】 請求項26または27のいずれか1項記載の支持体および
請求項13から25までのいずれか1項記載の方法における支持体上のポリマー
レセプタの合成のための成分を含む試薬キットの使用。
28. A reagent comprising a support according to any one of claims 26 or 27 and a component for the synthesis of a polymer receptor on a support in the method according to any one of claims 13 to 25. Use of the kit.
【請求項29】 プログラム可能な光源マトリクス、検出マトリクス、光源
マトリクスと検出マトリクス間に配置された支持体ならびに支持体中への液体の
供給のための手段および支持体からの液体の排出のための手段を含む支持体上で
の統合された合成および分析測定のための装置の、請求項15から25までのい
ずれか1項記載の方法における使用。
29. A programmable light source matrix, a detection matrix, a support disposed between the light source matrix and the detection matrix, and means for supplying a liquid into the support and for discharging a liquid from the support. 26. Use of a device for integrated synthesis and analytical measurement on a support comprising means in a method according to any one of claims 15 to 25.
【請求項30】 装置が更に支持体上の反応成分の脱保護のための手段を含
む、請求項29記載の使用。
30. The use according to claim 29, wherein the apparatus further comprises means for deprotection of the reactants on the support.
【請求項31】 装置が更に電子的な制御手段および調節手段を含む、請求
項29または30の使用。
31. Use according to claim 29 or claim 30, wherein the device further comprises electronic control and adjustment means.
【請求項32】 請求項1から25までのいずれか1項記載の方法、請求項
26または27記載の支持体、請求項28記載の試薬キットまたは請求項29か
ら31までのいずれか1項記載の装置の、試料中の分析物の測定のための使用。
32. The method according to any one of claims 1 to 25, the support according to claim 26 or 27, the reagent kit according to claim 28, or the reagent kit according to any one of claims 29 to 31. The use of the device of claim 1 for the determination of an analyte in a sample.
【請求項33】 核酸の配列決定のための、請求項32記載の使用。33. Use according to claim 32 for sequencing nucleic acids. 【請求項34】 複雑な遺伝子材料、例えば個人のゲノムまたは合成核酸の
新規配列決定および/または再配列決定のための、請求項33記載の使用。
34. The use according to claim 33, for the novel sequencing and / or resequencing of complex genetic material, for example individual genomic or synthetic nucleic acids.
【請求項35】 個々の患者の管理、例えば薬物の個々の作用のための診断
的情報を得るための、請求項32記載の使用。
35. The use according to claim 32, for the management of an individual patient, for example to obtain diagnostic information for the individual action of a drug.
【請求項36】 薬理学的な物質の作用分析のための、請求項32記載の使
用。
36. Use according to claim 32 for the analysis of the action of pharmacological substances.
【請求項37】 物質ライブラリーの作成および分析のための、請求項32
記載の使用。
37. The method according to claim 32, for preparing and analyzing a substance library.
Use of the description.
【請求項38】 個体群における検体の比較のための、請求項32記載の使
用。
38. The use of claim 32 for comparing analytes in a population.
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